научная статья по теме СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ФЕНОЛОВ Физика

Текст научной статьи на тему «СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ФЕНОЛОВ»

УДК 535.34+539.1.047+543.42

СПЕКТРОСКОПИЯ КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ФЕНОЛОВ

© 2012 г. Г. Б. Толсторожев*, И. В. Скорняков*, М. В. Бельков*, О. И. Шадыро**, Г. И. Полозов **, В. Л. Сорокин **, Г. А. Ксендзова**

* Институт физики НАН Беларуси, 220072 Минск, Белоруссия ** Белорусский государственный университет, 220050 Минск, Белоруссия Поступила в редакцию 08.11.2011 г.

Изучены ИК фурье-спектры фармакологически активных молекул фенолов в растворах СС14 и кристаллах. Рассмотрены производные фенола с разной направленностью и разным уровнем фармакологической эффективности. Анализ ИК спектров экранированных фенолов показал, что наибольшей антимикробной активностью обладают фенолы со свободными гидроксильными группами. В аминофенолах проявление высокой антивирусной активности связано с образованием внутримолекулярных водородных связей. Для аминофенолов, которые активны против вируса герпеса, в молекулах образуется внутримолекулярная водородная связь О—Н--^. Главным признаком высокой активности против вируса гриппа А является преобладание в молекулах внутримолекулярной водородной связи типа О—Н---О=С. Для серосодержащих аминофенолов, которые проявляют активность в отношении ВИЧ-инфекции, характерно наличие водородных связей с участием групп ОН, МН и 3О2.

ВВЕДЕНИЕ

Фенолы — это группа органических соединений ароматического ряда, у которых к бензольному кольцу присоединены гидроксильные группы. В молекулах экранированных фенолов (ЭФ) помимо гидроксильных групп имеются объемные алкильные заместители. В аминофенолах (АФ) присутствуют гидроксильные и аминогруппы. Все эти соединения являются ингибиторами сво-боднорадикальных процессов и широко используются в биомедицине [1—10].

Соединения ЭФ нашли широкое применение в терапии хронических воспалительных заболеваний иммунной природы — гепатитов, дерматитов, ревматизма, экземы. Они используются для заживления ран, для защиты тканей от проникающей радиации и от действия сильных окислителей [3—6]. Соединения АФ обладают антивирусными свойствами [7—10].

Актуальность исследований фенолов оптическими методами обусловлена высокой фармакологической эффективностью этих соединений [11—19]. Детальный анализ ИК фурье-спектров позволяет существенно расширить представления о способности фенолов проявлять антимикробные и антивирусные свойства, устанавливать взаимосвязи "структура — оптические свойства — фармакологическая функция".

В данной работе приведены экспериментальные данные изучения особенностей ИК фурье-спектров трех групп фенолов — фенил-, карбо-нил- и сульфон-замещенных, которые проявляют

существенно различающиеся противовирусные свойства. Обобщены результаты исследований по установлению роли внутримолекулярной водородной связи (ВВС) в направленности фармакологического действия фенолов.

ЭКСПЕРИМЕНТ

Для установления взаимосвязи между оптическими и фармакологическими свойствами фенолов методами ИК спектроскопии исследованы растворы 10-3 М в CCl4 и кристаллы этих соединений. Инфракрасные спектры фенолов регистрировались на ИК фурье-спектрометре NEXUS с программным обеспечением OMNIC при спектральном разрешении 2 см-1 с усреднением 256 сканирований. Инфракрасные спектры кристаллов регистрировались 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.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

При исследовании антимикробных свойств ЭФ в качестве объектов выбраны разные по активности соединения, структура которых приведена ниже:

OH

OH

OH

OH

OH

ЭФ I

ЭФ II

ЭФ III

Br

OH ЭФ IV

OH ЭФ V

Соединение ЭФ I проявляет высокую антимикробную активность и может использоваться в качестве терапевтического препарата для лечения ожоговых поражений и раневых инфекций [5]. Препарат ЭФ II сохраняет антимикробную активность, но на порядок меньшую, чем соединение ЭФ I, а соединение ЭФ III практически не активно [5, 6]. Данные об антимикробной активности ЭФ IV и ЭФ V отсутствуют.

На рис. 1 приведены ИК спектры растворов ЭФ в интервале 3700—2700 см-1, где расположены полосы поглощения (ПП) валентных колебаний свободных и связанных ОН-групп молекул фенолов, а также ПП колебаний связей С-Н ароматического кольца и трет-бутильных групп [11, 12].

D 0.2

0.1

i 2

J

0.2

0.1

4 * _ *

I« I* »• I« 1* I« - I« I« 11 1• 1 ' » «

1» 1 • 1 • - 1 ■ 1 • 1 ■ 1 • 1 * 1 » ...... J 1

3600

3200

1

V, см 1

2800

Рис. 1. Инфракрасные спектры растворов в СС14 ЭФ I (1), ЭФ II (2), ЭФ III (3), ЭФ IV (4) и ЭФ V (5) в области валентных колебаний О—Н и С—Н.

Полосы валентных колебаний С—Н находятся в интервале 3100—2800 см-1 и характерны для всех соединений ЭФ. При изучении ИК спектров растворов ЭФ эти ПП использовались как "внутренний стандарт". Значения частот и оптических плотностей (В) в максимумах (утах) ПП колебаний О—Н в ИК спектрах растворов ЭФ представлены в табл. 1.

Для структуры ЭФ I характерно наличие в бензольном кольце двух гидроксильных групп, которые находятся в мета-положении, и двух экранирующих трет-бутильных групп. В спектре соединения ЭФ I в области свободных колебаний О—Н наблюдаются ПП с частотой максимума (утах) 3643 и 3610 см-1 (кривая 1). При этом ПП для колебаний О—Н с утах = 3643 см-1 менее интенсивна, чем ПП с утах = 3610 см-1 и оптической плотностью в максимуме поглощени 0.164 (кривая 1, табл. 1). В спектре растворов ЭФ I отсутствуют ПП связанных колебаний О-Н, поскольку группы ОН в этой молекуле не могут приблизиться на расстояние, которое необходимо для образования ВВС.

Соединение ЭФ II относится к малоактивным соединениям. Для структуры ЭФ II характерно присутствие в бензольном кольце трех групп ОН, находящихся в орто-положении, и двух трет-бу-тильных групп. При этом в ИК спектре наблюдается одна ПП колебаний свободных ОН-групп с утах = 3634 см-1 и В = 0.060, а также одна ПП колебаний связанных ОН-групп с утах = 3556 см-1 и В = 0.200 (кривая 2, табл. 1). Снижение интенсивности поглощения в области свободных колебаний О-Н и появление в ИК спектре ЭФ II интенсивной полосы с утах = 3556 см-1 является следствием возникновения в этом соединении ВВС типа О-Н—О, в образовании которой в равной мере могут участвовать все гидроксильные группы [14].

Соединение ЭФ III, в структуре которого имеется одна незамещенная ОН-группа, не проявляет антимикробную активность [13]. В ИК спектре ЭФ III отсутствует ПП колебаний свободных ОН-групп (кривая 3). Это означает, что группа ОН участвует в образовании ВВС типа О-Н—О с атомом кислорода у С2:

1

0

0

о-

си3

си3

Таблица 1. Частоты (V) и оптические плотности (В) в максимумах полос поглощения валентных колебаний О—Н в ИК спектрах растворов ЭФ в СС14

Образование в молекулах ВВС проявляется в ИК спектрах также в понижении интенсивности поглощения в области колебаний свободных ОН-групп и росте поглощения в области колебаний связанных ОН-групп (кривые 2 и 3). Итак, снижение количества свободных ОН-групп ведет к уменьшению антимикробной активности соединений.

Выявленные закономерности изменений ИК спектров в области колебаний О—Н можно использовать в качестве предварительного теста антимикробной активности новых синтезируемых органических соединений из класса ЭФ.

Рассмотрим ИК спектры соединений ЭФ IV и ЭФ V, для которых пока не имеется сведений об их антимикробной активности. Спектр молекул ЭФ IV, в структуре которых группы ОН находятся в пара-положении, близок по своим характеристикам к спектру молекул ЭФ I. В ИК спектре ЭФ IV отсутствуют ПП связанных ОН-групп и наблюдаются две ПП в области свободных колебаний О—Н с vmax = 3646 и 3610 см-1 (кривая 4, табл. 1). Зарегистрированные ИК спектры ЭФ I и ЭФ IV незначительно отличаются по интенсивности поглощения в области колебаний О-Н с vmax = 3610 см-1. Так, если в спектре ЭФ I оптическая плотность этой полосы равна 0.187, то в спектре ЭФ VI оптическая плотность составляет 0.164 (табл. 1). Вероятно, что соединение ЭФ IV будет обладать высокой антимикробной активностью.

Проанализируем ИК спектр соединения ЭФ V. В структуре ЭФ V группы ОН находятся в пара-положении и вместо трет-бутильных групп имеются атомы Вг. В пара-положении группы ОН не могут образовать между собой ВВС. Тем не менее в ИК спектре помимо малоинтенсивной ПП свободных колебаний О-Н с vmax = 3601 см-1 и В = = 0.009 присутствует также полоса с vmax = 3535 см-1 и В = 0.202 в области связанных колебаний О-Н

Шифр образца Свободные группы Связанные группы

V, см 1 В V, см 1 В

ЭФ I 3643 0.039 - -

3610 0.187 - -

ЭФ II 3634 0.067 3556 0.222

ЭФ III - 0.000 2934 0.085

ЭФ IV 3646 0.012 - -

3610 0.164 - -

ЭФ V 3601 0.010 3535 0.226

(кривая 5, табл. 1). Появление в спектре ЭФ V интенсивной полосы колебаний связанных групп ОН обусловлено внутримолекулярными взаимодействиями между атомом водорода групп ОН и атомом Вг с образованием ВВС типа О-Н-Вг. Такая же ситуация, т.е. отсутствие свободных групп ОН, характерна для неактивного соединения ЭФ III. Сделанное сравнение позволяет предположить, что соединение ЭФ V не проявит антимикробную активность.

Таким образом, выявлена взаимосвязь между интенсивностью поглощения в ИК спектрах ЭФ в области колебаний свободных групп ОН и их антимикробной активностью. В ИК спектрах высокоактивных соединений интенсивность поглощения для колебаний свободных ОН-групп близка к интенсивности поглощения внутреннего стандарта (колебания трет-бутильных групп).

Как показали эксперименты на клеточных культурах, соединения АФ могут подавлять размножение вирусов простого герпеса и гриппа А, а также ВИЧ-инфекцию [7-10]. Ниже приводятся результаты исследований методами ИК фурье-спектроскопии роли ВВС в реализации противовирусной активности АФ. При исследовании фармакологической активности против вируса герпеса объектами исследования были фенил-за-мещенные фенолы:

"N^3 ,

АФ I

АФ II

АФ III

АФ IV

АФ V

В

0.1 г

3700

3500

3300

V, с

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»