Использование корреляционного анализа для изучения механизмов биологического действия различных серий азометинов Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

Вестник ДГТУ. Технические науки. № 15, 2009. -\-

УДК 547.235.2^211

Л.Г. Бабаева, М.З. Зейналов, А.Ф. Керемов, Р.М. Саидова

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ РАЗЛИЧНЫХ СЕРИЙ АЗОМЕТИНОВ.

Для четырех реакционных серий азометинов изучена зависимость биологической активности от различных характеристик электронных смещений. На основе корреляционного анализа установлен различный механизм их биологического действия.

Ключевые слова: реакционные серии, азометины, биологическая активность, механизм действия.

Взаимосвязь между реакционной способностью и строением органических соединений является одним из центральных вопросов теоретической органической химии.

С этой целью широко используется метод корреляционного анализа. Он основан на расчете так называемых корреляционных уравнений, которые связывают константы реакционной способности с константами заместителей или другими характеристиками [1].

Цель данной работы - используя метод корреляционного анализа, изучить количественную взаимосвязь биологической активности четырёх серий азометинов от их строения и установить механизм их биологического действия.

Объектами исследования были выбраны четыре серии азометинов, отличающиеся между собой строением, а именно :

,OC,H5

Cl

ON

N=CH-

\

-N = CH

N

4

I серия

1

CH

III серия

X

Cl

II серия

CH3O

2

N

IV серия

1

CH

X

где Х: п-К02, м-Ш2, п-К(СНз)2, о-ОН.

Внутри серий переменной величиной является заместитель Х , а между собой серии отличаются строением ароматического кольца, связанного с азотом азометиновой группы.

Выбор объектов исследований основан на литературных данных [2] о биологической активности азометинового центра -Ы=СН-, т.е. способности воздействовать на живую материю.

Синтезированы азометины из первичных ариламинов и аренкарбальдегидов по реакции:

Ar-NH

O

2

+

C-Ar

Ar-N=CH-Ar

+

HO

H

Биологическая активность I и II серии азометинов рассчитана во Всероссийском институте по исследованию БАВ (г. Москва) информационным методом биотехнологии.

Для I серии азометинов определена относительная активность (А-это отношение коэффициента доверия к относительной встречаемости в обучающей выборке) трёх видов:

X

-\-

противопротозойная (ППР), пртотивотрихомонная (ПТР) и радиозащитная (РЗ), а для II

серии по другим трём видам: психотропная (ПТ), противомалярийная(ПМ) и тиреоидный гармон(ТРГ). Данные представлены в таблице 1.

Таблица 1. Относительная биологическая активность I и II серии азометинов.

I серия II серия

А Ш1Р ПТР ПГ ПТ ТРГ ПМ

о- ОН 3.8 10.7 5.5 0.9 21.8 4.6

п- К(СИз}2 3.0 9.2 4.2 1.7 14.0 3.7

м- N02 4.8 12.8 5.0 1.2 8.8 3.0

п- N02 4.7 13.7 6.1 0.8 8.8 3.0

Учитывая, что заместители Х удалены от реакционного азометинового центра, и поэтому влияние пространственного фактора несущественно, основное влияние оценивали с позиции теории электронных смещений. Количественными характеристиками были выбраны индукционные константы разных видов: а, а0 о+ (табл. 2). Они в количественной форме отражают характер и степень влияния данного заместителя на восприимчивость реакционного центра к действию различных типов реагентов [3].

Таблица 2. Характе

ристика азометинов

I серия Заместитель Х Количественные характеристики [3-5]

о 0 о + о

п- N(№3)2 -0,83 -0,44 -1,70 1,26 -0,09 0,02 -0,13 -0,10

м- 0,71 0,70 0,67 3,22 0,00 -0,07 -0,10 0,03

п- N02 0,78 0,82 0,79 4,47 -0,02 -0,06 -0,02 -0,10

о- ОН -0,37 -0,12 -0,92 0,70 0,03 -0,08 -0,13 -0,11

II серия п- N(№3)2 -0,83 -0,44 -1,70 3,27 0,01 -0,08 -0,10 -

м- 0,71 0,70 0,67 2,89 -0,01 -0,07 -0,10 -

п- N02 0,78 0,82 0,79 7,25 -0,03 -0,04 -0,02 -

о- ОН -0,37 -0,12 -0,92 1,30 0,02 -0,08 -0,12 -

Зависимость биологической активности от строения азометинов рассчитывали, исходя из уравнения линейной регрессии [6] в форме: А=Ао + ро, где

-\-

А0, А - биологическая активность стандартного и любого другого соединения

реакционной серии; р - константа реакционной серии; а - индукционная константа заместителя.

Используя метод наименьших квадратов, рассчитали параметры ряда корреляционных уравнений (табл. 3).

Таблица 3. Параметры корреляционных уравнений А = А0 ± ро. *

А ^ардметры^ инд.конст. А0 ± А А0 Р ± Ар г S

о 4.00 ± 0.09 1.00 ± 0.13 0.98 0.19

Ш1Р 0 о 3.80 ± 0.12 1.34 ± 0.21 0.98 0.23

+ о 4.27 ± 0.88 0.68 ± 0.08 0.99 0.16

I серия о 11.42 ± 0.20 2.50 ± 0.29 0.99 0.41

ПТР 0 о 10.82 ± 0.19 3.30 ± 0.33 0.99 0.35

+ о 12.08 ± 0.19 1.65 ± 0.18 0.99 0.37

о 4.59 ± 0.05 0.14 ± 0.07 0.81 0.10

РЗ 0 о 4.60 ± 0.05 0.20 ± 0.09 0.84 0.09

+ о 4.63 ± 0.05 0.09 ± 0.05 0.81 0.10

о 1.17 ± 0.19 -0.31 ± 0.28 0.62 0.39

ПТ 0 о 1.25 ± 0.21 -0.41 ± 0.36 0.62 0.39

+ о 1.09 ± 0.19 -0.21 ± 0.19 0.64 0.38

к о 3.63 ± 0.32 -0.70 ± 0.45 0.74 0.63

« О ПМ 0 о 3.80 ± 0.34 -0.92 ± 0.58 0.75 0.61

нч нч + о 3.45 ± 0.33 -0.45 ± 0.31 0.72 0.65

о 13.74 ± 2,67 -5.45 ± 3.84 0.71 0.30

ТРГ 0 о 15.08 ± 2.85 -7.21 ± 4.87 0.72 0.20

+ о 12.30 ± 2.76 -3.44 ± 2.52 0.69 0.33

S - стандартное отклонение.

* Полный анализ всех значений параметров корреляционных уравнений дан в работе [8].

Анализ полученных данных проводили по двум величинам риг. Сравнение коэффициентов корреляции (г) для I и II серий показывает, что » добротность « выше для I серии азометинов (0,81-0,99). Однако невысокие значения г (0,62-0,75) для II серии не помешали нам прийти к однозначному выводу о разных механизмах биологического действия этих серий, о чём свидетельствуют противоположные знаки р: для I серии - р > 0, а для II серии - р < 0.

Основная причина - отличие в структуре азометинов этих серий. В I серии с азометиновой группой связаны два ароматических бензольных кольца, а во II- одно ароматическое, второе- пиримидиновое. Именно поэтому наличие электроноакцепторной ^^-группы в I серии азометинов за счет системы сопряженных связей снижает

электронную плотность реакционного центра и облегчает нуклеофильную атаку:

Cl

(-I, -M)

глА

N =CH f

1 <E=>

Nu

N

O

O

(-I, -M)

Во II серии азометинов пиримидиновое кольцо относительно реакционного центра -Ы=СН- является электронодонорным и, по сравнению с I серией, увеличивает его электронную плотность, что облегчает электрофильную атаку:

OC2H5

Af>

N = CH

t

Cl

E

N

O

O

(-I, -M)

активных веществ

(+I, +M)

Основная роль большинства биологически активных веществ связана со способностью торможения процессов свободнорадикального окисления, которые протекают в живых организмах, т.е. с антиокислительной активностью (АОА) [7].

Антиокислительная активность III и IV серии азометинов при трёх различных концентрациях была определена на модельной системе: субстрат - линоленовая кислота с добавлением плазмы крови. Для выбора надёжного критерия этой активности, соответствующей единой концентрации азометинов, используя корреляционный анализ, методом наименьших квадратов, рассчитали параметры уравнения:

АОА = ( АОА)о + рС, где ( АОА)0 и р — константы данной зависимости. Данные представленные в табл.4.

Таблица№4. Параметры корреляционных уравнений АОА = (АОА)0 + рС

**

(АОА)о ± Д(АОА)о р ± Др r S*10-2

74,79 ± 4,32 23,81 ± 9,07 0,93 3,53

« s а <и 56,05 ± 12,73 72,54 ± 30,08 0,92 10,40

о нч I нч 72,85 ± 8,35 37,46 ± 19,72 0,93 6,82

56,55 ± 11,36 55,60 ± 23,85 0,92 9,27

57,45 ± 14,83 69,44 ± 40,03 0,97 12,11

« S Л <и 53,00 ± 13,94 88,47 ± 37,65 0,92 11,39

о > нч 41,00 ± 7,92 96,12 ± 21,39 0,98 6,47

51,10 ± 14,08 80,89 ± 33,25 0,92 11,49

р - Представляет собой значение антиокислительной активности, отнесённой к единице концентрации азометина (АОА = Д АОА/ДС).

Эту величину мы использовали для дальнейших расчётов в корреляционных уравнениях, устанавливающих взаимосвязь между антиокислительной активностью и строением

азометинов. Кроме индукционных констант (а, а0 о+ ), в этих сериях учитывали и величины зарядов на отдельных атомах (табл.1).

Соответственно, корреляционные уравнения имели вид:

ЛОЛ' = (ЛОЛ')о + ро ЛОЛ' = (ЛОЛ')о + рq Параметры этих уравнений даны в табл.5.

Таблица №5. Параметры корреляционных уравнений **

ЛОЛ' = (АОА)0 + Pz

III серия —--параметры инд.конст^-—— (АОА )о ± А(АОА )о P ± А p r S*10-2

о 46,34 ± 11,15 13,90 ± 16,02 0,52 22,18

0 о 43,38 ± 12,51 16,57 ± 21,37 0,48 22,82

+ о 50,04 ± 11,42 9,28 ± 10,41 0,53 24,70

IV серия о 82,75 ± 2,17 13,53 ±3,12 0,95 4,32

0 о 79,50 ± 2,25 17,64 ± 3,84 0,96 4,10

+ о 86,31 ± 2,10 8,91 ± 1,92 0,96 4,05

ЛОЛ' = (АОА)0 + pq

III серия параметры заряд (АОА)о ± А(АОА)о P ± Ар r S*10-2

53,42 ± 12,71 -242,54 ± 262,19 0,55 21,78

q2 29,94 ± 12,48 -366,57 ± 201,85 0,79 15,99

q3 43,45 ± 30,24 -41,06 ± 287,70 0,10 25,89

q4 82,20 ± 25,88 409,91 ± 284,91 0,71 18,24

IV серия qi 51,22 ± 2,88 232,45 ± 148,87 0,74 5,72

q2 117,83 ± 15,99 505,11 ± 230,24 0,84 7,55

q3 98,83 ± 12,21 177,63 ± 130,87 0,69 10,05

* * Полный анализ всех значений параметров корреляционных уравнений дан в работе [9]

Анализ данных проводили также по р и r. Их значения в корреляциях АОА^о (табл.5) позволяют констатировать:

1. В обеих сериях величина чувствительности р>/0, что говорит о полярности переходного состояния.

2. Положительный знак р в обеих сериях свидетельствует, что в азометинах имеется нуклеофильный центр, способный выступать в роли электронодонора.

При рассмотрении параметров корреляции AOA ^q для III и IV серии мы установили, что для III серии - корреляционная зависимость удовлетворительна в двух случаях - с учетом зарядов на атомах азота (q2 и q4) пиридинового кольца и азометинового центра. В IV серии лучшая корреляция - для зарядов на азоте и углероде азометинового

центра(^ и Эти данные можно объяснить с учетом механизма перекисного окисления липидов . Так, образование активных форм идет по реакции Хабера-Вейса:

1. О2 + Бе2+ ^ Fe3+ + О2".

2. О2- + О2- + 2Н+ ^ 02 + Н2О2

3. Н2О2 + Бе2+ ^ ОН- + Бе3+ + ОН (р.Фентона)

4. Н2О2 + О2" ^ ОН- + О2 + ОН (р-я Хабера - Вейса)

Установлено, что роль антиоксидантов на этой стадии сводится к захвату свободных радикалов OH или связыванию ионов Fe2+ в комплекс, что предотвращает их дальнейшее участие и тормозит процесс окисления [7].

С учетом выводов о «добротности» рассмотренных корреляций механизм антиокислительного действия азометинов можно объяснить следующим образом. В III серии, где корреляции максимальны с учетом зарядов на атомах азота азометиновой группы и пиридинового кольца (табл.5), антиоксидантное действие связано с их способностью образовывать комплексное соединение с катионами Fe2+ и выводить их из сферы реакции на стадии образования активных форм по схеме:

4

=N

2 N

1

CH

3

X

Fe

•2+

В IV серии - «добротность» корреляций максимальна с индукционными константами и зарядами на азоте и углероде азометинового центра. Это означает, что в этом случае азометины уводят ОН - радикалы за счет взаимодействия с подвижным атомом водорода азометинового центра, превращаясь в малоактивные радикалы:

с ho

1

CH

+O H

f°HC H3O

2

X

малоактивный радикал Таким образом, использование корреляционного анализа для изучения взаимосвязи между биологической активностью и строением азометинов четырех реакционных серий позволило выявить механизм их биологического действия.

Библиографический список

1. Пальм В.А. Введение в теоретическую органическую химию.-М.: Высшая школа, 1974.- 446с.

2. Баренбойм Г.М., Маленков А.Г. Биологически активные вещества.- М.: Наука, 1986.-363с.

3. Нейланд О.Я. Органическая химия.- М.: Высшая школа, 1990.-751с.

4. Гордон А., Форд Р. Спутник Химика.- М.:Мир, 1976.-541с.

5. Магомедова Э. Ф., Пиняскин В. В., Керемов А. Ф., Аминова Ш. А.. Связь противоопухолевой активности некоторых азометинов на основе бензидина с электронными параметрами атомов. Вестник ДГУ. Махачкала, 2005 Вып.4.- С.85 -89.

6. Горский В.Г., Зейналов М.З. Физико-химические и математические основы феноменологической кинетики сложных реакций. Махачкала: ИПЦ ДГУ, 1977.-292с.

-\-

7. Бурлакова Е. Б., Храпова Н. Г. Перекисное окисление липидов мембран и природные антиоксиданты. Успехи химии. Т. ЬГ^- 1985. С. 1540 - 1573.

8. Бабаева Л. Г., Зейналов М. З., Керемов А. Ф., Мациева З.Я. Использование корреляционного анализа для изучения зависимости биологической активности азометинов от их строения.- Материалы Рос. научн. конф. «Современные аспекты химической науки». - Махачкала, 2006.- С.37- 38.

9. Бабаева Л. Г., Зейналов М. З., Керемов А. Ф, Саидова Р.М. изучение количественной зависимости биологической активности азометинов от их строения // Вестник ДГУ. - Махачкала, 2008. Вып.6.- С.101- 110.

Вестник ДГТУ. Технические науки. № 15, 2009.

-\-

L.G.Babaeva, M.Z.Zeinalov, A.F.Keremov, R.M.Saidova

Use of the correlation analysis for studying mechanisms of biological action of various series azometines.

For four reactionary series azometines is studied dependence of biological activity on various characteristics of electronic displacement. On the basis of the correlation analysis the various mechanism of their biological action is established.

Keywords: reactionary series, azometines, biological activity, the mechanism of action

Бабаева Леонора Гюлиевна (р. 1945) Доцент кафедры органической химии Дагестанского государственного университета. Кандидат химических наук (1975). Окончила Казанский государственный технологический университет (1967). Область научных интересов: Исследование реакционной способности биологически активных ароматических и гетероциклических соединений. Автор более 10 публикаций

Зейналов Малик Зейналович (р. 1960) Профессор кафедры физической химии Дагестанского государственного университета. Доктор химических наук (1998). Окончил РХТУ имени Д.И.Менделеева (1984).

Область научных интересов: математическое моделирование химических реакций Лвтор более 80 публикаций.

Керемов Алирза Феремазович (р. 1938) Доцент кафедры органической химии Дагестанского государственного университета. Кандидат химических наук (1978). Окончил Дагестанский государственный университет (1961).

Область научных интересов: Синтез биологически активных ароматических и гетероциклических соединений. Лвтор более 150 публикаций

Саидова Рисалат Магомедрасуловна (р. 1985) Лспирантка Дагестанского государственного университета. Окончила Химический факультет Дагестанского государственного университета (2007).

Область научных интересов: Исследование взаимосвязи биологической активности и химического строения ароматических соединений.