CC BY
72
ХИМИЯ
УДК: 547.455.623
КОНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ 1,2-О-ЦИАНОЭТИЛИДЕНОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ УГЛЕВОДОВ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МЕХАНИКИ
В программе ChemзD с использованием расширенной и модифицированной версии силового поля ММ 2 методом молекулярной механики произведены оптимизация геометрии и конформационный анализ 3,4,6- три-О-ацетил-1,2-[1-(эндоциано)этилиден]-аА-глюкопиранозы - представителя эффективных гликозилирующих агентов в углеводных синтезах. Теоретические расчеты длин связей, валентных и
торсионных углов, а также конформация молекулы в глобальном минимуме энергии как хорошо согласуются с литературными данными, полученными на основе рентгенографических исследований.
Ключевые слова: ChemзD, молекулярная механика, цианоэтилиде- новые производные углеводов, конформационный анализ.
Теоретический анализ
1,2-О-цианоалкилиденовые производные углеводов являются эффективными гликози-лирующими агентами в синтезах олиго- и полисахаридов [1]. Кроме того, полученный нами прогноз их биологических свойств в программе PASS [2] , показывает, что цианоэтилидено- вые производные углеводов могут представлять также интерес как потенциальные носители спектра важных биологических активностей. Молекулы этих соединений представляют собой бициклическую систему, включающую пиранозный (или фуранозный) и диоксолановый циклы. В большинстве случаев 1,2-О-цианоэтилиденовые производные углеводов образуются в виде пары о-диастереомеров, различающихся расположением CN-группы. На рис. 1 представлено строение з,4,6-три-О-ацетил-1,2-[1-(эндоциано)этилиден]-аА-глюкопиранозы (I), рентгенографическое
/?
исследование которой выполнено в [3].
IT
м.м. Литвак
Белгородский государственный национальный исследовательский университет, Россия, 308015, Белгород, ул. Победы, 85
E-mail: [email protected]
а) б)
Рис.1. з,4,6-три-О-ацетил-1,2-[1-(эндоциано) этилиден]-аА-глюкопираноза (I): а - стереохимическая
формула; б - молекулярная модель
Объекты и методы исследования (экспериментальная часть)
В настоящей работе приводятся результаты расчета геометрических параметров (длины связей, валентные и торсионные углы) и конформационный анализ для соединения (I), выполненные в специализированном приложении CS Chem3D программного комплекса Che-
mOffice Ultra [4] с использованием расширенной и модифицированной версии силового поля ММ 2 методом молекулярной механики.
Алгоритм исследований следующий. В «химическом редакторе» CS ChemDraw создают молекулярную структуру (I). Активировав пункт «Convert Structure to Name» главного меню «Structure», программа автоматически выдает систематическое химическое название: (2R,3aR,5R,6R,7S,7aR)-5-(acetoxymethyl)-2-cyano-2-methyl-tetrahydro-3aH-[i,3]dioxolo[4,5- b]pyran-6,7-diyl diacetate. Структурную формулу копируют в буфер обмена, а затем вставляют в окно визуализации CS Chem3D. Молекула автоматически преобразуется в трехмерный вид. Программа допускает различные способы визуализации трехмерной модели. Для того чтобы присвоить всем длинам связей и валентным углам стандартные для соответствующих элементов значения, необходимо выделить в программе соединение и активировать функцию «Clean Up Structure». Необходимые исправления в структуре будут сделаны автоматически. Для удобства в окне модели указывают порядковые номера атомов (рис.1 б).
Далее проводят оптимизацию геометрии молекулы и расчет геометрических параметров эмпирическим методом молекулярной механики, выбрав «Minimize Energy» в пункте ММ 2 или последовательно используют программы молекулярной механики и полуэмпирического метода расчета АМ 1 (расчет ограниченным методом Хартри-Фока) из пункта меню MOPAC.
Результаты и их обсуждение
Результаты вычислений представлены в таблицах 1-5.
Таблица 1
Длины связей для з,4,6-три-О-ацетил-1,2- [1-(эндоциано)этилиден] -a-D- глюкопиранозы
Связи Длины связей, А
определены ренге- но- графически рассчитаны в Chem3D
методом ММ 2, (МОРАС+ ММ 2) методом МОРАС
С!-С2 1-535(6) 1.4972 (1.4968) 1.5366
С2-Сз 1.520(5) 1.5237 (1.5264) 1.5342
С3-С4 1.499(5) 1.5257 (1.5276) 1.5412
С4-С5 1.528(6) 1.5298 (1.5311) 1.5351
С5-О6 1.440(5) 1.4015 (1.3998) 1.4297
О6-С* 1.366(5) 1.4048 (1.4044) 1.3963
С!-О9 1.427(4) 1.3976 (1.3977) 1.4272
О9-С8 1.411(5) 1.4184 (1.4181) 1.4285
С8-О/ 1.404(5) 1.4209 (1.4213) 1.4335
О7-С2 1.404(5) 1.3952 (1.3959) 1.4341
Таблица 2
Торсионные углы для пиранозного цикла
Номер атомов в пираноз-ном цикле Торсионные углы, градусы
определены рен- гено- графически рассчитаны в Chem3D
методом ММ 2, (МОРАС+ ММ 2) методом МОРАС
4-5-6-1 56.9 57.5517 (58.5506) 65.3774
5-6-1-2 45.1 46.3225 (46.1447) 39.6469
6-1-2-3 36.7 38.6371 (38.8004) 1.6463
1-2-3-4 43.2 43.4095 (44.3925) 8.1022
2-3-4-5 58.0 53.9657 (55.3016) 16.8010
3-4-5-6 63.0 61.3057 (63.1817) 51.9563
ак видно из представленных результатов для соединения (I), расчетные значения геометрических параметров (длины связей, валентные и торсионные углы), а также конформация молекулы как 4С1 (рис. 1б) с глобальным минимумом энергии 243,25 кДж/моль, выполненные методом молекулярной механики, хорошо согласуются с
экспериментальными данными. Как и следовало ожидать, для пиранозных систем, сочлененных с пятичленным циклом, искажение пиранозно- го кольца в интервале 22,6° (38,7-61,3°) значительно больше, чем в производных глюкопира- нозы 10° [5]. Результаты полуэмпирического метода расчета АМ 1 (МОРАС) ближе к таковым для скрученной конформации пиранозного цикла (^5).
Таблица 3
Торсионные углы для диоксоланового цикла
Номер атомов е диок- солановом цикле Торсионные углы, градусы
определены ренгено- графически рассчитаны в ChemзD
методом ММ 2, (МОРАС+ММ 2) методом МОРАС
1-2-7-8 29-3 29.5441 (28.0202) 10.3222
2-7-8-9 10.8 11.7700 (8.9258) 12.1420
7-8-9-1 14.7 12.8802 (15.8527) 9.0277
8-9-1-2 31.1 30.6689 (32.6320) 2.8261
9-1-2-7 36.5 36.9937 (37.3142) 4.4691
Таблица 4
Номер атоВоилеЯ пира- нозном цикле ітньїе углы іІЛЇЧОНраїЗЛЯї егяцїкла
определены ренгено- графически рассчитаны в Chem3D
методом ММ 2, (МОРАС+ММ 2) методом МОРАС
1-2-3 111.6(3) 114.7200 (114.9862) 117.4683
2-3-4 111.1(3) 109.8000 (109.0725) 116.3779
3-4-5 109.6(3) 109.2320 (108.3178) 113.4237
4-5-6 107.6(4) 110.0620 (110.1039) 109.3863
1-6-5 116.4(3) 116.0960 (115.6267) 115.4174
2-1-6 117.9(4) 115.6570 (115.4497) 117.3532
Таблица 5
Номер атогВален диоксо- ланоеом цикле ■ные углы для диоксоланового циклаадусы
определены ренгено- графически рассчитаны в Chem3D
методом ММ 2, (МОРАС+ММ 2) методом МОРАС
1-2-7 102.3(3) 101.5290 (101.8184) 104.6548
2-7-8 107.8(3) 108.1670 (108.1299) 111.2336
7-8-9 108.1(3) 106.4770 (106.5351) 105.8054
1-9-8 107.0(3) 106.5950 (106.2938) 111.4995
2-1-9 100.9(3) 103.5640 (103.1967) 105.4700
Belgorod State National Research
Заключение
Компьютерные расчеты для 3,4,6-три-О-ацетил- 1,2-[1-(эндоциано)этилиден]- а^-
глюкопиранозы длин связей, валентных и торсионных углов, а также кон- формации молекулы в глобальном минимуме энергии хорошо согласуются с литературными данными, полученными на основе рентгенографических исследований.
Аналогичный подход может быть использован в конфор-
мационном анализе других
цианоэтилиденовых произ-
водных углеводов. В значительной мере можно согласиться с мнением авторов книги [6] о том, что в настоящее время «компьютер реально стал таким же инструментом исследования, как привычный химический или физический эксперимент».
Uiversity, Pobedy St., Belgorod, 308015, Russia
E-mail: [email protected]
Список литературы
1. Бакиновский Л.В. Синтез полисахаридов. -В кн.: Прогресс химии углеводов. - М.: Наука, 1985.
2. Прогноз спектра
биологической активности
органических соединений. http: //www.ibmh.msk.su/PASS.
3. Рентгенографическое исследование 1,2-О-цианоэтилиденовых производных углеводов / Л.Г. Воронцова, М.О. Декаприлевич, О.С. Чижов и др. // Изв. АН СССР. Серия хим. - 1980. - №10. - С. 2312-2319.
4. Химический пакет программных средств ChemOffice Ultra 2005
фирмы CambridgeSoft Corporation.
5. Jeffrey G.A., McMullan R. K. and Takagi S. A neutron diffraction study of the hydrogen bonding in the crystal structures of methyl-D-mannopyranoside and methyl-D-glucopyranoside //Acta Cryst. - 1977. - B. 33. - P. 728-737.
6. Соловьев М.Е., Соловьев М.М. Компьютерная химия. -М.: СОЛОН-Пресс, 2005. - 536 с.
CONFORMATIONAL ANALYSIS OF 1,2-O-CYANOETHYLIDENE DERIVATIVE OF CARBOHYDRATES USING THE METHOD OF MOLECULAR MECHANICS
In the Chem3D program with use of the expanded and modified version of a force field in MM 2 method of molecular mechanics optimization of geometry and the conformational analysis 3,4,6 - tri-O-acetyl -1,2 - [1- (endo-cyano) ethylidene]-a-D-glucopyranose - the representative of effective glycosylation agents in carbohydrate synthesis are made. Theoretical calculations of bond length, valence and torsion angles, and also a molecule conformation in a global minimum of energy as 4C1 are well coordinated with the literary data received on the basis of radiographic researches.
Keywords: Chem3D, molecular mechanics, cyanoethylidene derivatives of carbohydrates, the conformational analysis.
