CC BY
2
Ад UNIVERSUM:
№4(121)_А ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_апрель. 2024 г.
DOI - 10.32743/UniTech.2024.121.4.17361
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО ВИТАМИНА В1
Мамарахмонов Мухаматдин Хоидович
PhD, доцент, кафедра Химии, Андижанский государственный университет Республика Узбекистан, г. Андижан E-mail: [email protected]
Кодиров Абдуахад Абдурахимович
DSc, доцент, зав. кафедрой Органической Химии, Республика Узбекистан, г. Карши E-mail: [email protected]
Абдурахмонов Азизбек Асадулла угли
научный сотрудник, кафедра Химии Каршинский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Карши
Эшбоева Гулчирой Райимжон кизи
студент кафедра Химии, Андижанский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Андижан
QUANTUM CHEMICAL STUDY OF THE ELECTRONIC STRUCTURE OF BIOLOGICALLY ACTIVE VITAMIN B1
Mukhamatdin Mamarakhmonov
PhD, Associate professor, Department Chemistry, Andijan State University Republic of Uzbekistan, Andijan
Abduaxad Kodirov
DSc, docent, Chief of Organic Chemistry, Karshi State University, Republic of Uzbekistan, Karshi
Azizbek Abdurakhmonov
Scientific researcher Department Chemistry, Karshi State University Republic of Uzbekistan, Karshi
Gulchiroy Eshboyeva
Fourth course Student Department Chemistry, Andijan State University Republic of Uzbekistan, Andijan
Библиографическое описание: КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ БИЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО ВИТАМИНА В1 // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Мамарахмонов М.Х. [и др.]. 2024. 4(121). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/17361
№ 4 (121)
апрель, 2024 г.
АННОТАЦИЯ
Для нормальной жизнедеятельности человеческого организма важнейшую роль играют различные витамины. А именно, витамин Bi является особенно важным, необходимым веществом в процессе метаболизма углеводов, жиров и белков в организме человека, в работе нервной, пищеварительной, сердечно-сосудистой системы.
ABSTRACT
Various vitamins play a vital role for the normal functioning of the human body. Namely, vitamin Bi is a particularly important, necessary substance in the metabolism of carbohydrates, fats and proteins in the human body, in the functioning of the nervous, digestive, and cardiovascular systems.
Ключевые слова: витамин В1, квантово-химический расчет, метод DFT B3LYP, электронное строение, реакционная способность, биологическая активность, метаболизм, жиры, белки; нервная, пищеварительная, сердечно-сосудистая системы.
Keywords: vitamin Bi, quantum chemical calculation, DFT B3LYP method, electronic structure, reactivity, biological activity, metabolism, fats, proteins; nervous, digestive, cardiovascular systems.
Введение. Витамин В1 (также тиамин; старое название аневрин) - гетероциклическое органическое соединение, является водорастворимым, отвечающий формуле С^Нп^ОЯ. Витамин В1 - бесцветное вещество кристаллической структуры, хорошо растворимое в воде, не растворяется в спирте, но также существует жирорастворимый вид витамина В1 -бенфотиамин. В кислой среде растворы тиамина (водные) при нагревании не претерпевают разрушение структуры и не снижают свою биологическую активность. Наблюдается быстрое разрушение витамина В1 при нагревании в нейтральной и щелочных средах [1, 2]. Различные формы тиамина играют важнейшую роль в процессах метаболизма углеводов, жиров и белков в организме человека: тиамин нефосфорилированный, тиаминмонофосфат, тиамин-дифосфат и тиаминтрифосфат. Более распространенной формой тиамина является - тиаминдифосфат. Вещество найдено в жизненно важных органах: мозг, сердце, печень и почки человека, поддерживая нормального роста и развития организма и помогает поддерживать работу сердца, нервной и пищеварительной системы [3, 4], не накапливается в организме и не отравляет его. Ниже приведена схема, с условными нумерациями на атомах молекулы витамина В1. Такая нумерация очень удобна для обработки результатов квантово-химического расчета, проводимый нами для уточнения электронной структуры молекулы.
Распределение зарядов на атомах и
Рисунок 1. Схема и условная нумерация атомов молекулы В1
Методика расчета. В данной работе нами проведен квантово-химический расчет по программе Gaussian-98 геометрии и электронной структуры витамина В1, методом БРТ-БЗЬУР базисным набором 3-21^, с полной оптимизацией геометрических параметров. Обычно, широко используемый в научной литературе [5, 6]. Нужно отметить, что этот подход удобен для расчета структур азотистых гетероциклов, а именно замещенных пиримидинов.
Обсуждение результатов
Согласно нашим расчетным данным, полная энергия системы, в газовой фазе равна Еп=-723772,544 кКал/моль, а дипольный момент равен ц=6,2651 Дб. Результаты оптимизации геометрических параметров и перераспределение электронных зарядов на атомах, полученные квантово-химическим расчетом приведены в таблице 1.
Таблица 1.
грические параметры молекулы В1
№ Атом Заряд Связь Длина Валентный угол Градус
1 N1 -0,498 N1-C2 1.463 N1-C2-N3 121.741
2 C2 0,440 C2-N3 1.301 N3-C4-C5 119.456
3 N3 -0,498 N3-C4 1.454 N1-C2-C7 118.720
4 C4 0,380 C4-C5 1.356 N3-C4-N8 118.907
5 C5 -0,049 C5-C6 1.519 C5-C9-N11 109.812
6 C6 0,116 C2-C7 1.533 N10-C11-S12 111.165
7 C7 -0,600 C4-N8 1.464 S12-C13-C14 108.940
АД, UNIVERSUM:
№4(121)_& ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_апрель. 2024 г.
№ Атом Заряд Связь Длина Валентный угол Градус
8 N8 -0,672 C5-C9 1.540 S12-C13-C15 118.454
9 C9 -0,303 C9-N10 1.474 N10-04-06 118.641
10 N10 -0,596 N10-C11 1.305 03-05-07 117.100
11 C11 -0,199 C11-S12 1.759 С15-С17-018 107.955
12 S12 0,827 S12-C13 1.774 C2-C7-H 109.302
13 C13 -0,467 C13-C14 1.382 C4-N8-H 110.074
14 C14 0,368 C13-C15 1.557 C5-C9-H 109.609
15 C15 -0,441 C14-C16 1.536 Ш0-С11-Н 124.474
16 C16 -0,667 C15-C17 1.538 03-05-Ы 107.786
17 C17 -0,441 C17-O18 1.434 04-06-Ы 109.697
18 O18 -0,129 C2-H 1.073 05-07-Ы 109.966
19 H6 0,221 C7-H 1.074 С17-018-Н 109.459
20 H7 0,251 N8-H 1.005 Торсионный угол Градус
21 H8 0,313 C9-H 1.074 Ш-С2-Ш-С4 -0.026
22 H9 0,290 C11-H 1.072 Ш-С4-С5-С6 0.008
23 H11 0,326 C15-H 1.075 C5-C9-N10-04 -150.099
24 H15 0,285 C16-H 1.075 N10-01-512-03 -9.875
25 H16 0,268 C17-H 1.067 S12-03-04-N10 -7.490
26 H17 0,217 O18-H 0.967 С7-С2-Ш-С4 179.969
27 H18 0,366 М-С4-С5-С6 -179.9612
Согласно приведенных цифровых значений в таблице 1, можно сделать следующие выводы: длина межатомных связей ароматического кольца сходны с их литературными данными. Например, длины связей N1-02, С2-Ш, N3-04, С4-С5, С5-С6 соответственно равны 1,463А, 1,301А, 1,454А, 1,35бА, Некоторые расхождения в соответствующих длинах связей относительно незамещенного пиримидинового кольца объясняется с наличием различных заместителей в положениях С2, С4 и С5. Рассмотрим значения валентных углов ароматического кольца A и B. Значения валентных углов Ш-С2-Ш, N3-C4-C5, у пирмидинового кольца A равные 121,74о, 119,46о, и валентные углы Ш0-С11-
812, 812-С13-С14 кольца B, равные 111,74о, 108,94о, указывают на сохранение правильной гибридизации атомов у обоих циклов. О сохранении ароматичности колец A доказывают значения двугранных углов М-С2-Ш-С4, Ш-С4-С5-С5, равные -0,026о, 0,008о, которые очень близки значениям планарной структуры. Двугранный угол С5-С9-Ш0-С14 равный -150,10о, показывает насколько оба кольца вращаются под влиянием стерического фактора (электростатического отталкивания) близрасположенных заместителей Н6 и Н16, а также между мостиково-связанных соседних колец A и B. Согласно вышеуказанным данным, оба кольца A и B не лежат в одной плоскости и несколько раскручены относительно между собой.
Рисунок 2. Заряды на атомах (2а) и расположение соседних колец А и В (2Ь)
№ 4 (121)
Электронные заряды перераспределены между атомами аромитических колец А, Б, а также экзо-циклических заместителей следующим образом: максимальные отрицательные заряды сосредоточены у атомов N1 и N3 ^=0,498е) у ароматического кольца А, и на атоме азота N10 у кольце В. Такое явление объясняется фактором правилами согласованной и несогласованной ориентации различных заместителей в положениях С2, С4, С5 у ароматического кольца А и заместителей в положениях N10, С13 и С14 у кольца B.
апрель, 2024 г.
Выводы. Нами полученные результаты квантово-химических расчетов, проведенные методом ББТ БЗЬУР базисным набором 3-2Ш, высокой точностью иллюстрируют геометрию и электронное строение [7-10] молекулы витамина В1 и дает возможность правильно объяснить перераспределение электронных зарядов в связи влиянием заместителей мостиково-связанных гетероциклических колец A и B.
Список литературы:
1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Медицина, 1998.- 704 с.
2. Michael B. Smith, Jerry March. March's advanced organic chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure. 8th Ed. John Wiley & Sons, Inc. 2007. 2374 р.
3. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. Т. 1-2 / Пер. с англ. — М.: Мир, 1993.
4. Garrett R.H., Grisham Ch.M. Biochemistry. Thomson Learning. Singapore, 2005. 1086 p.
5. S. Hejazi et.al., Electrochemical and quantum chemical study of Thiazolo-pyrimidine derivatives as corrosion inhibitors on mild steel in 1 M H2SO4. Journal of Industrial and Engineering Chemistry Volume 25, 2015, Pages 112-121.
6. Кодиров А.А. и др. Квантово-химическое изучение электронного строения и геометрии молекулы тиенопиримидинона // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. 2023. 1(115). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/16607. Дата обращения: 15.04.2024 г.
7. М.Х. Мамарахмонов, Л.И. Беленький, М.А. Аширматов, Н.Д. Чувылкин, Х.М. Шахидоятов. Квантово-химические исследования пиримидин-4-онов. Сообщение 3. 2-Оксо(тиоксо, селеноксо)пиримидин-4-оны и 5,6-диметил-2-оксо(тиоксо)тиено[2,3^]пиримидин-4-оны. Известия Академии наук. Серия химическая, 2014, № 2. С. 350-354.
8. М.А. Юровская, А.В. Куркин, Н.В. Лукашёв. Химия ароматических гетероциклических соединений. М. 2007. 51 стр.
9. W.A. Ayer and E.R. Cruz; Tetrahedron Lett., 1993, 34, 1589.
10. J-h Liu, A. Steigel, E. Reiringer, and B. Bauer, J. Nat. Prod., 2000, 63, 403.
