CC BY
22УДК 541.8
И.А. Ходов, Р.С. Кумеев, М.Ю. Никифоров, В.А. Голубев, Г.А. Альпер, М.А. Крестьянинов
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ГЕОМЕТРИЯ ПАРАЦЕТАМОЛА В ДМФА^6 ПО ДАННЫМ
2D NOESY ЯМР СПЕКТРОСКОПИИ
(Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН) e-mail: [email protected]
Метод двумерной ЯМР спектроскопии NOESYприменен к изучению пространственной структуры N-(4-гидроксифенил)ацетамида (парацетамола). Получены эффективные межпротонные расстояния для парацетамола в диметилформамиде. Определены наиболее вероятные конформации парацетамола в растворе путем сравнения с результатами квантовомеханических расчетов.
Ключевые слова: двумерная спектроскопия ЯМР, спектроскопия ЯМР H, пространственная структура, конформационный ЯМР-анализ, разработка лекарственных препаратов
ВВЕДЕНИЕ
Полиморфизм лекарственных соединений влияет на биологическую активность и играет важную роль в производстве фармацевтических препаратов. Полиморфные формы одного соединения могут иметь различные физико-химические и механические свойства. Ключевыми среди этих свойств являются растворимость, мембранная проницаемость, абсорбция, химическая и метаболическая устойчивость, а также токсичность. Многие из этих свойств, в значительной мере, связаны с молекулярной структурой соединений и их способностью существовать в разных конфор-мационных формах.
Парацетамол (ацетаминофен, К-(4-гид-роксифенил)ацетамид, C8H9O2N) является одним из наиболее широко применяемых во всем мире лекарственным средством, обладающим анальге-тическими и антипиретическими свойствами. Известны, по крайней мере, три полиморфные модификации парацетамола [1-3]. Признанным методом изучения конформационного состояния молекул в растворах является ЯМР 2D-NOESY [4,5].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
На спектрометре ЯМР Bruker AVANCE III 500 выполнены двумерные эксперименты NOESY растворов парацетамола в ДМФА - D6, близких к насыщению (5,016М). 20-спсктры получали в фа-зочувствительном режиме, 512 точек в F2 и 1024 -в F1. Интегрирование сигналов проводилось при помощи стандартного программного обеспечения Bruker TopSpin спектрометра ЯМР. Время смешивания nm составляло 0.3, 0.45, 0.6, 0.75, 0.9 с.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Методика определения межъядерных расстояний для различных пар протонов в молекуле основывается на существовании сильной зависимости константы скорости кросс-релаксации Оу
от расстояния Гу между взаимодействующими ядерными спинами. Обычно такая зависимость просто аппроксимируется формулой сг и
определяются в
г.. У
тогда межъядерные расстояния соответствии с формулой:
I
го[°оЬ)<> (1)
где величины г0, °о относятся к некоторой паре протонов, выбранной для калибровки; при этом расстояние г0 предполагается известным из какого-либо независимого источника.
Однако для малых конформационно нежестких молекул, таких как парацетамол, особую актуальность приобретает проблема возможно более точного определения межъядерных расстояний для получения информации об относительной населенности различных конформеров. Этой цели можно достичь как за счет более корректной интерпретации 2D NOESY эксперимента, так и за счет учета анизотропии вращательного движения молекулы.
На основе полученных зависимостей эффективные межпротонные расстояния для групп эквивалентных спинов I и Б определяются по обычным формулам [6]:
6
1
-I-
reff = а
i
Yl YI • • 6
IS У rjj
(2)
где п1 - число эквивалентных спинов в молекулярной группе /, а при рассмотрении случая анизотропии вращения (взаимодействия с протонами метильной группы) используется соотношение [6]:
eff -
\ I
п =-2
И"
Y,
2n
mpl
IS
I
1-1/6
(3)
3
j
Рис. Устойчивые конформации парацетамола Fig. Stable conformations of paracetamol
Таблица
Экспериментальные и расчетные данные межпротонных расстояний парацетамола в ДМФА^6
Протонные пары Экспериментальные межпротонные расстояния, А Расчетные межпротонные расстояния для различных конформаций, А
I II III IV
H2,3-H6 2.60±0,05 2.52 2.52 2.99 2.99
H6-H7,8,9 2.87±0,08 2.73 2.73 3.98 3.98
H7,8,9-H2,3 4.11±0,09 4.99 4.99 3.53 3.53
Ключевые кросс-пики, однозначно наблюдаемые в двумерных спектрах парацетамола в ДМФА - это хорошо разрешенные кросс-пики между спиновыми системами Н6-Н7,8,9, Н2,3-Н6, Н7,8,9-Н2,3 Н1,4-Н5. В качестве калибровочного расстояния выбрано эффективное расстояние Н1,4-Н5, которое одинаково для всех возможных конформаций 1-1У (рисунок). Заметим, что расстояние между протонами бензольного кольца Н2,3-Н1,4 не подходит для калибровки из-за артефактов, наблюдаемых в NOE интенсивностях [8].
С целью установления наиболее вероятных конформаций парацетамола в ДМФА были проведены квантовохимические расчеты в различных возможных конформационных состояниях с использованием методов оптимизации энергии B3LYP в базисах а^-СС-рУТ2. В таблице приведены экспериментальные и расчетные величины межпротонных расстояний для конформаций парацетамола в растворе ДМФА-06.
Сравнение результатов двумерного ЯМР эксперимента NOESY с квантовохимическими расчетами убедительно свидетельствует в пользу преобладания в DMFA-D6 конформаций I и II.
Работа выполнена при поддержке грантом РФФИ (грант № 12-03-00775-а).
ЛИТЕРАТУРА
1. Haisa M., Kashino S., Maeda H. // Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Sci. 1974. V. 30. P. 2510-2512.
2. Drebushchak T.N., Boldyreva E.V. // Z. Kristallogr. 2004. V. 219. N 8. P. 506-512.
3. Peterson M.L., Morissette S.L., McNulty C., Goldsweig A., Shaw P., LeQuesne M., Monagle J., Encina N., Mar-chionna J., Johnson A., Gonzalez-Zugasti J., Lemmo A.V., Ellis S.J., Cima M. J., Almarsson O. // J. Am. Chem. Soc. 2002. V. 124. N 37. P. 10958-10959.
4. Butts C.P., Jones C.R., Towers E.C., Flynn J.L., Appleby L., Barron N.J. // Org. Biomol. Chem. 2011. V. 9. N 1. P. 177-184.
5. Никифоров А.Ю., Кумеев Р.С. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2009. Т. 52. Вып. 11. С. 46-48; Nikiforov A.Yu., Kumeev R.S. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2009. V. 52. N 11. P. 46-48 (in Russian).
6. Gadiev T.A., Khairutdinov Rl, Shaikhutdinov R.A., Karatayeva F. Kh., Aganov A.V., Klochkov V.V. //
J. Appl. Magn. Reson. 2003. V. 25. N 2. P. 347 - 352.
7. Tropp J.J. // J. Chem. Phys. 1980. V. 72. N 11. P. 6035.
8. Butts C.P., Jones C.R., Harvey J.N. // Chem. Commun. 2011. V. 47. N 4. P. 1193 - 1195.
