научная статья по теме ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА И СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АНТИ-ВИЧ-АКТИВНЫХ МОЛЕКУЛ АМИНОФЕНОЛОВ Физика

Текст научной статьи на тему «ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА И СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АНТИ-ВИЧ-АКТИВНЫХ МОЛЕКУЛ АМИНОФЕНОЛОВ»

ОПТИКА И СПЕКТРОСКОПИЯ, 2012, том 112, № 2, с. 248-257

= СПЕКТРОСКОПИЯ КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

УДК 535.34; 539.1.047; 543.42

ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА И СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АНТИ-ВИЧ-АКТИВНЫХ МОЛЕКУЛ АМИНОФЕНОЛОВ

© 2012 г. О. К. Базыль*, В. Я. Артюхов*, Г. В. Майер*, Г. Б. Толсторожев**, Т. Ф. Райченок**, И. В. Скорняков**, О. И. Шадыро***, В. Л. Сорокин***, Г. А. Ксендзова***

* Томский государственный университет, 634050 Томск, Россия ** Институт физики НАНБеларуси, 220072Минск, Беларусь *** Белорусский государственный университет, 220050Минск, Беларусь Поступила в редакцию 18.07.2011 г.

Измерены спектры поглощения, флуоресценции и квантовые выходы флуоресценции сульфоносо-держащих анти-ВИЧ активных молекул о-аминофенолов в инертном растворителе гексане и полярном ацетонитриле. Изучены ИК фурье-спектры, рассмотрены структурные особенности о-амино-фенолов с различающимися заместителями в растворах и кристаллах. Выявлены функциональные группы молекул, которые участвуют в образовании водородных связей. Протоноакцепторные свойства молекул о-аминофенолов теоретически оценены по методу молекулярного электростатического потенциала. Методами квантовой химии рассчитаны и интерпретированы спектры поглощения и флуоресценции о-аминофенолов. Проведено сопоставление расчетных данных с результатами эксперимента. Установлены основные каналы и механизмы фотофизических релаксационных процессов в о-аминофенолах.

ВВЕДЕНИЕ

Внедрение в медицинскую практику лекарственных препаратов, которые подавляют в организме человека ВИЧ-инфекцию, является важной и социально-значимой проблемой [1].

В настоящее время представляется необходимым продолжить поиск новых веществ с высокой анти-ВИЧ-активностью. Такими соединениями могут стать производные аминофенола (АФ), которые обладают высокими антиоксидантными свойствами [2]. Недавно синтезированы сульфо-носодержащие производные АФ, которые способны к подавлению ВИЧ-инфекции в культуре клеток [3].

Полномасштабное применение АФ в ВИЧ-терапии возможно на основе выявления главных факторов, которые влияют на фармакотерапевти-ческую активность этих соединений. Необходимы системные исследования электронных структур молекул, установление взаимосвязи между оптическими свойствами и фармакологическим действием АФ.

Актуальность комплексных квантово-химиче-ских и спектроскопических исследований амино-фенолов безусловна. Она предполагает детальное изучение свойств изолированных молекул, установление особенностей образования внутримолекулярных водородных связей (ВВС) и межмо-

лекулярных водородных связей (МВС), выяснение роли среды в проявлении фармакологической активности в о-аминофенолах [4—7].

В данной работе экспериментально и теоретически изучены электронные структуры, протоно-акцепторные и спектрально-люминесцентные свойства, механизмы фотофизических процессов в сульфоносодержащих производных АФ.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В качестве объектов исследования выбраны М-(2-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил)-4-метилбен-золсульфонамид (АФ1), М-(2-метокси-3,5-ди-трет-бутилфенил)-4-метил-бензолсульфонамид (АФ11), М-(2-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилфе-нил)-4-метан-сульфонамид (АФШ), М-(2-гид-рокси-3,5-ди-трет-бутилфенил)-4-бензолсульфо-намид (АФГУ), М-(2-гидрокси-3,5-ди-изопро-пилфенил)-4-метилбензолсульфонамид (АФУ), М-(2-гидрокси-3,5-ди-изопропилфенил)-4-бен-золсульфонамид (АФУГ), М-(2-гидрокси-3,5-ди-изопропилфенил)метансульфонамид (АФУГГ), М-(2-метокси-3,5-ди-трет-бутилфенил)метан-сульфонамид (АФУГГГ).

(СНз)зС

(CH^HC

С(СНз)з ОН

jöc

j&

а

С(СНз)з ОСНз

(СНз)зС ^ -КН8О2РЬСНз (СНз)зС АФ1 С(СНз)з ОН

jÖc

КШО2РИСНз АФ11

С(СНз)з ОН

КШО2РЬСНз АФ111

СН(СНз)2 OH

(СНз)зС ^ КШО2РЬ АФ1У СН(СНз)2 .OH

NHSO2PhCH3 (CH3)2HC

а

NHSO2Ph

АФУ

СН(СНз)2 ,OH

л

(CH3)2HC ^ NHSO2CH3 АФУ11

АФУ1

С(СНз)з

jöt

(СНз)зС ^ КШО2СНз АФУ111

Далее в тексте статьи фенильное кольцо о-аминофенольного фрагмента обозначается как Ph1, а фенильное кольцо в сульфоновом заместителе — Ph2.

Синтез соединений АФ производился по методикам, описанным в [7]. Достоверность химического строения синтезированных производных АФ подтверждена экспериментальными данными масс-спектрометрии, ЯМР и элементного анализа.

ИК спектры кристаллов АФ регистрировались на ИК-фурье-спектрометре NEXUS с программным обеспечением OMNIC при спектральном разрешении 2 см-1 с усреднением 256 сканирований при использовании инфракрасного микроскопа. В микроскопе ИК излучение падает на поверхность кристалла площадью 5 мкм2 под углом, близким к нормальному, проходит через него, отражается от металлизированной подложки и вторично проходит через толщу закристаллизованного образца.

Электронные спектры поглощения растворов АФ измерялись на спектрофотометре CARY-500, спектры и квантовые выходы (уэкс) флуоресценции — на спектрофлуориметрах CM-2203 и HOR-IBA Jobin Yvon.

Квантово-химические расчеты электронной структуры молекул АФ выполнены методом частичного пренебрежения дифференциальным перекрыванием (ЧПДП) со спектроскопической параметризацией [8]. Метод реализован в пакете программ [9]. Рассчитаны константы скорости

фото физических процессов дезактивации электронно-возбужденных состояний молекул, необходимые для установления каналов релаксации энергии электронного возбуждения, определены квантовые выходы флуоресценции. Методики оценки констант скоростей безызлучатель-ных процессов описаны в [8].

Протоноакцепторные свойства молекул в основном и первом синглетном возбужденном состояниях рассчитывались методом молекулярного электростатического потенциала (МЭСП) [10] с волновыми функциями, полученными ЧПДП-ме-тодом. Расчет МЭСП проводился в деортагонали-зованном базисе [8].

При расчете электронной структуры молекул АФ важен выбор пространственной конформа-ции, поскольку производные АФ имеют несколько одинарных связей, и допускается возможность поворота фрагментов молекулы. Кроме этого, при оценке протоноакцепторных свойств молекул важную роль играет взаимное пространственное расположение отдельных фрагментов молекулы, поскольку от этого существенно зависит величина МЭСП. Оптимизация геометрии молекул АФ велась на основе теории функционала плотности с использованием пакета программ ADF [12]. Полезную информацию при выборе наиболее вероятного конформера АФ дают ИК спектры молекул [4—7]. Анализ ИК спектров показал, что для всех молекул о-аминофенолов, которые содержат гидроксильную группу, характерно наличие водородной связи О—Н...М-типа [4, 5].

Б 1.6

0 1.6

1.2

0.8

0.4

• % %

1 1

- 1 1 1 1 5 V |

„4 -А / |Д • Л

Ч'' у1 \

1 9 Т -

3600

3400

3200

V, см 1

3000

2800

Рис. 1. Инфракрасные спектры кристаллов АФ1 (7), АФ11 (2), АФ111 (3), АФ1У (4), АФУ (5) в области валентных колебаний ОН- и NH-групп.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

ИК спектры аминофенолов. При исследовании ИК спектров 10-3 М растворов в СС14 всех восьми сульфоносодержащих АФ установлено, что полосы поглощения (ПП) с частотой максимума утах = = 3638, 3425 и 3250 см-1 обусловлены валентными колебаниями свободных и ассоциированных ОН-групп, а полосы с утах = 3510 и 3360 см-1 — свободными и связанными колебаниями N—H [7, 14].

Появление в ИК спектрах ПП связанных колебаний О—Н с утах = 3425 см-1 обусловлено образованием в молекулах АФ внутримолекулярных водородных связей (ВВС) типа О—Н..^ [7, 14]. Присутствие в ИК спектрах растворов АФ полосы связанных NH-групп с \тах = 3360 см-1 интерпретировано образованием в молекулах АФ ВВС типа N-^.0=8 [7, 14].

Представляет безусловный интерес детально исследовать методами ИК фурье-спектроскопии

поведение функциональных групп ОН, NH и 802 в молекулах АФ при переходе от раствора к кристаллу и выявить спектральные признаки анти-ВИЧ-активности этих соединений.

На рис. 1 приведены ИК спектры кристаллов АФ1-АФУ в спектральном интервале 37002700 см-1. В этой области расположены ПП валентных колебаний групп ОН и NH, способных к внутримолекулярным и межмолекулярным взаимодействиям [4-7], а также ПП валентных колебаний связей С-Н ароматического кольца, ме-тильных, изопропильных и трет-бутильных групп. Полосы валентных колебаний связей С-Н находятся в интервале 3000-2700 см-1 и характерны для всех соединений АФ. При изучении водородных связей они использовались как "внутренний стандарт", по которым осуществлялась нормировка ИК спектров.

Как показали эксперименты на клеточных культурах, соединения АФ1 и АФУ активны в подавлении ВИЧ-инфекции, а соединения АФ11, АФ111 и АФ1У - не активны [3].

Из рис. 1 следует, что ОН- и моле-

кул АФ участвуют в межмолекулярных взаимодействиях. Об этом свидетельствует присутствие в ИК спектрах АФ ПП колебаний связанных ОНи NH-групп.

В спектре кристалла анти-ВИЧ-активного АФ1 зарегистрированы полосы связанных колебаний О-Н с утах = 3552, 3285 и 3236 см-1 (кривая 7). Свободные ОН-группы характеризуются в ИК спектрах растворов АФ1 полосой с утах = 3638 см-1 [6, 7]. В ИК спектре раствора АФ1 в СС14 наблюдалась также полоса связанных колебаний О-Н с утах = 3425 см-1, как следствие участия ОН-групп в образовании ВВС типа О-^^ [7, 14]. При переходе от раствора к кристаллу вместо этой ПП в ИК спектре кристалла АФ1 зарегистрирована полоса колебаний О-Н с утах = 3552 см-1 (кривая 7). Смещение частоты максимума поглощения колебаний связанных ОН-групп в ИК спектре кристалла в область высоких частот на 127 см-1 обусловлено разрывом существующей в растворе ВВС типа 0—H_N и образованием в кристаллах межмолекулярных водородных связей (МВС) с участием группы ОН [7].

В ИК спектрах растворов всех восьми сульфоносодержащих АФ свободные NH-группы характеризуются ПП с утах = 3510 см-1 [6, 7]. В спектре кристалла анти-ВИЧ-активного АФ1 полоса связанных колебаний N—H смещена по отношению к поглощению свободных NH-групп в область низких частот и имеет утах = 3484 см-1 (кривая 7). При сравнении ИК спектра кристалла с ИК спектром раствора АФ1 в СС14 видно, что полоса связанных колебаний N—H в спектре кристалла (утах=

0

= 3484 см-1) смещена по отношению к спектру раствора (утах = 3360 см-1) в область высоких частот на 126 см-1. Это означает, что в к

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Физика»