CC BY
61
Статья
2. Дахкильгов М. У. Эпидемиологическое исследование распространенности и интенсивности заболеваний зубов и пародон-та у населения Республики Ингушетия, определение потребности в стоматологической помощи: Автореф. дис...канд. мед. наук.-М., 2001.- 24 с.
3. ИНЬтаппМ. Еп^^п^а.- 1995.- 8. 193-195.
УДК 547.2/.3:547.022.541.2].001.24
геометрии молекул методами AM1 и 6-31G [9] велась как в газовой фазе, так и с учетом эффектов гидратации при физиологической температуре, для чего использовалась модель поляризуемого континуума (МПК, в иностранной литературе - PCM) [10-11]. Процедура поиска минимально-энергетической конформации проводилась методом молекулярной динамики в модификации Ланжевена (Langevin, Paul), позволяющим быстро, но достаточно точно учитывать влияние молекул растворителя [12].
Таблица 1
Применяемые средства распараллеливания программ вычислительной химии
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ КОМПОНЕНТОВ НА ОБЩУЮ СТАБИЛЬНОСТЬ ПРЕПАРАТА
С.Н. БАШКИРОВА*, А.В. ПОГРЕБНЯК*, Э.Ф.СТЕПАНОВА*
Хранение препарата неизбежно сопровождается процессами деструкции его компонентов под действием внешних факторов (химических и физических), а также в результате внутренних процессов аутоокисления или аутовосстановления. Первую, внешнюю, составляющую процесса деструкции обычно устраняют применением соответствующей упаковки (темное стекло, металлизированные пленки, вакуумирование), т.е. решение данной проблемы в настоящее время не представляет какой-либо трудности. Напротив, внутренние факторы, влияющие на стабильность, а следовательно и на безопасность лекарства, как правило изучаются лишь эмпирически, по данным анализа продуктов разложения при естественном или искуственном (ускоренном) старении. При этом идет лишь констатация фактов, без анализа возможных причин. Порой решение о введении стабилизаторов принимается исследователем спонтанно и диктуется общими рекомендациями, которые не учитывают всего разнообразия состава лекарственных форм. Предлагаем новый способ теоретического анализа взаимного влияния компонентов лекарственной формы, основанный на сравнении тонкого электронного строения молекул, в частности, энергетических характеристик граничных молекулярных орбиталей. Оптимизация геометрии молекул исследуемых веществ производилась при помощи итерационной процедуры поиска локального (в случае удачи -глобального) минимума на поверхности потенциальной энергии молекулы (ППЭМ). Локализация минимума на ППЭМ осуществлялась двумя основными расчетными схемами: молекулярная механика (предварительно) и методом молекулярных орбиталей (МО). Определение глобального минимума на ППЭ представляет собой отдельную сложную задачу [1]. В большинстве случаев она решалась нами путем предварительного анализа конформацион-ной заселенности методом молекулярной динамики [2].
Для первичной оптимизации геометрии использовано силовое поле MMP2 [3]. В силу своей экономичности с точки зрения затрат машинного времени данный метод использовался в основном для первичного анализа конформационной заселенности. В качестве стартовой для методов МО была взята геометрия, полученная методом MMP2. Оптимизация геометрии молекулы средних размеров (40 тяжелых атомов) в расширенном базисе занимает месяцы машинного времени даже при использовании кластера из 4-12 компьютеров. В табл. 1 и на рис. 1 приведены данные об эффективности распараллеливания для химических программ (неопубликованные материалы Кузьминского и Мендковича) [4].
Метод молекулярной механики при оптимизации дает геометрию, более близкую к экспериментальной (в сравнении с полуэмпирическими и ab initio (в минимальном базисе STO-3G) моделями [5-6]). При невозможности оптимизации геометрии, для расчета физико-химических дескрипторов методами ab initio нами была использована геометрия полученная методом MMP2. Полученная в результате оптимизации методом AM1 [7] геометрия применялась далее для расчета физико-химических дескрипторов полуэмпирическими методами (кроме PM3 [8], оптимизация геометрии в котором велась независимо), а также для расчета дескрипторов молекулярной структуры (AM1). Более наглядно взаимопроисхождение координат атомов показано на рис. 2. При расчете и отборе дескрипторов, характеризующих значимые свойства молекул, присутствовали особенности: оптимизация
Программа Метод распараллеливания
Модель общего поля памяти Модели обмена сообщениями
ADF2000 - MPI/PVM
Amber 7.0 Директивы компилятора, OpenMP MPI
Gaussian-03 Автоматическое распараллеливание компилятором, директивы компилятора, ручное распараллеливание (fork) Linda
Gamess-US - TCGMSG/MPI/DDI
Jaguar 4.2 - MPI
Mopac 2002 - MPI
NWChem 3.4.1 - TCGMSG/MPI
Turbomole 5.3 - MPI
AMMP - PVM
GROMACS - MPI
Результаты расчета компонентов лекарственной формы. С привлечением описанных выше процедур расчета показано геометрическое и электронное строение мажорных компонентов растительных экстрактов эхинацеи и солодки, а также вспомогательных веществ, входящих в состав препаратов. Результаты расчетов методом АМ1 см. в табл. 2., методом РМ3 - в табл. 3.
Рис. 1. Распараллеливание полуэмпирической программы MOPAC
Исходная геометрия молекулы (справочники, статьи, данные РСА)
Один устойчивый конформер
JL
33,
Расчет
ab-initio
Оптимизация геометрии методом РМ3
Оптимизация геометрии методом MM
Чг-
Более одного устойчивого конформера
Молекулярная
динамика
V
Оптимизация геометрии методом АМ1
Расчет CNDO, MNDO, MINDO
* 357500 Ставропольский край г, Пятигорск, пр. Кирова, 33. Пятигорская государственная фармацевтическая академия, тел .5-26-12
Рис. 2. Схема
С.Н. Башкирова, А.В. Погребняк, Э.Ф. Степанова
Таблица 2
Результаты расчета полуэмпирическим методом АМ1
Вещество В э я и Е В э "о аз Е Энерге- ти- ческая щель3, эВ Жест- кость моле- кулы4, эВ Мяг- кость моле- кулы5, эВ
Аскорбиновая к-та -9.79 -0.67 -9.12 4.56 0.11
Глабридин -8.41 0.08 -8.49 4.25 0.12
Глицеритиновая к-та -9.97 -0.04 -9.93 4.97 0.10
Кверцитин -8.74 -1.09 -7.65 3.83 0.13
Кемпферол -8.72 -1.04 -7.68 3.84 0.13
Кофейная к-та -9.05 -0.89 -8.16 4.08 0.12
Кумаровая к-та -9.11 -0.80 -8.31 4.16 0.12
Лактоза -10.6 1.68 -12.31 6.16 0.08
Ликоизофлавон -8.92 -0.96 -7.96 3.98 0.13
Пиридоксин -9.08 -0.12 -8.96 4.48 0.11
Ретинол -8.14 -0.47 -7.67 3.84 0.13
Рибофлавин -9.07 -1.55 -7.52 3.76 0.13
Синаповая к-та -8.83 -0.88 -7.95 3.98 0.13
Феруловая к-та -8.90 -0.83 -8.07 4.04 0.12
Фолиевая к-та -8.95 -1.16 -7.79 3.90 0.13
Хлорогеновая к-та -9.20 -1.04 -8.16 4.08 0.12
Таблица 3
Результаты расчета полуэмпирическим методом РМ3
Вещество В э я Е В э мо и Е Энер- гети- ческая щель3, эВ Жест- кость моле- кулы4, эВ Мяг- кость моле- кулы5, эВ
Аскорбиновая к-та -9.73 -0.59 -9.14 4.57 0.11
Глабридин -8.56 -0.04 -8.52 4.26 0.12
Глицеритиновая к-та -10.1 -0.13 -9.92 4.96 0.10
Кверцитин -8.74 -1.08 -7.66 3.83 0.13
Кемпферол -8.75 -1.05 -7.70 3.85 0.13
Кофейная к-та -9.05 -0.88 -8.17 4.09 0.12
Кумаровая к-та -9.13 -0.83 -8.30 4.15 0.12
Лактоза -10.7 1.8 -12.52 6.26 0.08
Ликоизофлавон -9.01 -1.07 -7.94 3.97 0.13
Пиридоксин -9.04 -0.06 -8.98 4.49 0.11
Ретинол -8.26 -0.63 -7.63 3.82 0.13
Рибофлавин -8.95 -1.65 -7.30 3.65 0.14
Синаповая к-та -8.85 -0.89 -7.96 3.98 0.13
Феруловая к-та -8.94 -0.85 -8.09 4.05 0.12
Фолиевая к-та -9.07 -1.32 -7.75 3.88 0.13
Хлорогеновая к-та -9.26 -1.08 -8.18 4.09 0.12
Примечания к табл. 2. и 3: 1 - энергия высшей занятой молекулярной орбитали, характеризует энергию, требующуюся для отрыва самого низкоэнергетического электрона и является количественной характеристикой электронодонорной (окисляющей) способности молекул; 2 - энергия низшей свободной молекулярной орбитали, характеризует электронакцеп-торную (восстанавливающую) способность молекул; 3 - энергетическая щель, дистанция между ВЗМО и НСМО, примерно соответствует длинноволновой полосе поглощения в УФ-спектре молекул; 4 - молекула считается жесткой, если её граничная молекулярная орбиталь (МО) (ВЗМО нуклеофила или НВМО электрофила) близка по энергии к другим МО (менее 1 эВ). Жесткость молекулы рассчитывается по формуле: Ь = (Енвмо - Евзмо)/2; 5 - молекула считается мягкой, если её граничная МО (ВЗМО нуклеофила или НВМО электрофила) отделена от других МО энергетической щелью более 1 эВ. Мягкость молекулы связана с жесткостью соотношением: 8 = 1/(Енвмо - Евзмо).
В табл. 4 приведены результаты расчета двух важных дополнительных дескрипторов, характеризующих совместимость компонентов. Метод расчета - аддитивный [13-14].
Анализ данных расчета табл. 5 показывает, что по абсолютной (выраженной в электрон-вольтах [эВ]) электронодонорной (окисляющей) способности среди компонентов лекарственной формы выделяются витамин А, глабридин, кемпферол и, в меньшей степени, кверцетин. Минимально окислению подвержены лактоза, глицеритиновая и аскорбиновая кислота.
В соответствии с опытными данными находится величина энергетической щели - вещества из первой половины списка (с
большой ЭЩ) не являются окрашенными, тогда как нижняя часть списка - окрашены от желтого до оранжевого цветов. Жесткость или мягкость молекул качественно совпадает с энергиями граничных молекулярных орбиталей, т.е. общая реакционная способность (в том числе по отношению к термической и химической деструкции) минимальна в случае лактозы и глицерритино-вой кислоты, находится в среднем диапазоне для ароматических кислот эхинацеи и максимальна для витаминов и флаваноидов.
Таблица 4
Теплота гидратации и липофильность молекул
Вещество Теплота гидратации, ккал/моль Липо фильность (ІОйР)
Аскорбиновая к-та -22.9 -2.44
Глабридин -12.9 3.72
Глицеритиновая к-та -6.46 6.61
Кверцитин -32.8 0.28
Кемпферол -27.4 0.56
Кофейная к-та -19.6 1.58
Кумаровая к-та -14.1 1.87
Лактоза -34.4 -2.98
Ликоизофлавон -20.49 1.97
Пиридоксин -13.73 0.49
Ретинол 1.69 4.75
Рибофлавин -28.85 2.26
Синаповая к-та -14.23 1.36
Феруловая к-та -14.6 1.62
Фолиевая к-та -33.9 0.87
Хлорогеновая к-та -28.1 1.4
Таблица 5
Соединения по рассчитанным дескрипторам
Вещ-во евзмо\ эВ ЕНСМО^ эВ Энергет. щель3,эВ Жестк. молек.4,эВ Мягкость молек.5,эВ
Лакт. -10.63 1.68 -12.31 6.16 0.08
Глицер. -9.97 -0.04 -9.93 4.97 0.10
Аскорб. -9.79 -0.67 -9.12 4.56 0.11
Хлорог. -9.20 -1.04 -8.16 4.08 0.12
Кумар. -9.11 -0.80 -8.31 4.16 0.12
Пирид. -9.08 -0.12 -8.96 4.48 0.11
Рибоф. -9.07 -1.55 -7.52 3.76 0.13
Кофейн. -9.05 -0.89 -8.16 4.08 0.12
Фолиев. -8.95 -1.16 -7.79 3.90 0.13
Ликоиз. -8.92 -0.96 -7.96 3.98 0.13
Ферул. -8.90 -0.83 -8.07 4.04 0.12
Синап. -8.83 -0.88 -7.95 3.98 0.13
Кверц. -8.74 -1.09 -7.65 3.83 0.13
Кемпф. -8.72 -1.04 -7.67 3.84 0.13
Глабр. -8.41 0.08 -8.49 4.25 0.12
Ретин. -8.14 -0.47 -7.68 3.84 0.13
Абсолютная электронакцепторная (восстанавливающая) сила максимальна у рибофлавина и фолиевой кислоты и минимальна у лактозы (иллюстрируется на рис. 3).
Рис. 3. Плотность низшей свободной орбитали лактозы (слева) и витамина А (справа)
Состав лекарственной формы (табл. 6) подобран так, что вещества, способные влиять на стабильность других компонентов, присутствуют в недостаточных количествах, но их содержания достаточно для проявления фармакологического эффекта.
Краткое сообщение
Таблица б
Количественное содержание веществ
Ингредиент Вес ингредиента, мг
Лактоза 2QQ
Порошок травы эхинацеи* 5Q
Аскорбиновая к-та 5Q
Порошок корня солодки** 12.5
Пиридоксин 1
Рибофлавин Q.45
Ретинол Q.155
Фолиевая к-та Q.1
Примечание: * - включает кемпферол, кверцетин; кумаровую, феруловую, кофейную, синаповую и хлорогеновую кислоты; ** - включает глабридин, ликоизофлавон и глицеритиновую кислоту
Выводы. Предложен новый способ оценки взаимного влияния компонентов лекарственной формы на химическую деструкцию, заключающийся в сравнительном анализе рассчитанных квантово-химическим методом энергетических характеристик граничных молекулярных орбиталей. Ранжирование соединений-ингредиентов по степени их электронодонорной, электронакцепторной способности, а также по критерию их химической жесткости позволяет качественно и количественно оценивать влияние каждого вещества на общую стабильность смеси. Сравнение теоретически найденной стабильности и химической активности веществ с их количественным содержанием дает выводы в пользу этого соотношения компонентов.
Литература
1. Anglada, J.M., Bofill, J.M. // J. Comp. Chem.- 1997.-Vol. 18.- P.992-1003.
2. Van Gunsteren W.F., Berendsen, H.J.C. // Angewandte Chemie.- 1990.- Vol.29.- P.992-1023.
3. Berkert, U., Allinger, N.L. Molecular Mechanics.- American Chemical Society Monograph 177, Washington, D.C., 1982.
4. SGI Computational Chemistry Applications Performance Report.- Spring 2002.- Silicon Graphics, Inc.
5. Liotard, D.A. et al. // J.Comput.Chem.- 1995.- Vol. 16.-P.422-431.
6. Rzepa, H.S. et al. // J. Chem. Soc. Perkin Trans.- 1991.-№2.- P.635.
7. Dewar, M.J.S. et alH J.Am.Chem.Soc.- 1985.- Vol.107.-P.3902-3909.
8. Orozco, M. et al. // J.Comp.Chem.- 1995.- №16.- P.563-
585.
9. Huzinaga, S. et al. Gaussian Basis Sets for Molecular Calculations.- Elsevier, Amsterdam, 1984.
10. Miertus, S. et al. // Chem.Phys.- 1981.- Vol.55.- P.117-
129.
11. Tomasi, J., Persico, M. // Chem.Rev.- 1994.- Vol.94.-P.2027-2094.
12. Allen, M.P., Tildesley, D.J.// Computer Simulation of Liquids.- Clarendon Press: Oxford, 1987.- Ch.9.- P.261.
13. Viswanadhan V. N. et al. // Inf. Comput. Sci.- 1989.-Vol.29.- P.163.
14. Ooi T. et al. // Scheraga, Proc. Natl. Acad. Sci. USA.-1987.- Vol.84.- P.3086.
THEORETICAL ESTIMATION OF INTERFERENCE OF BUILDERS ON BLANKET STABILITY OF THE DRUG
S.N. BASHKIROV, A.V. POGREBNYAK, E.F. STEPANOVA Summary
The variant of the theoretical analysis of interference of builders of the medicinal shape, based on comparison of a thin electronic structure of molecules - energy performances of boundary molecular orbitals designed. Calculation was carried out by a quanta’s chemical expedient. Comparison of theoretically set stability and reactivity of substances with their actual quantitative content has allowed to draw a deduction for the benefit of the given relation of builders.
Key words: molecular orbitals, drug
УДК 615.34.015:582.824 (470.57)
ИЗУЧЕНИЕ ЭФИРНОГО МАСЛА ИЗ ТРАВЫ ЗВЕРОБОЯ ПРОДЫРЯВЛЕННОГО, ПРОИЗРАСТАЮЩЕГО НА ТЕРРИТОРИИ БАШКОРТОСТАНА
Н.В. КУДАШКИНА*, Р.Р. ФАЙЗУЛЛИНА*, В.А.ПУШКАРЕВ**,
Р. М. МУХАМЕДЗЯНОВ*
Одним из широко известных лекарственных растений, произрастающих на территории Республики Башкортостан (РБ), является зверобой продырявленный (Hypericum perforatum, сем. Hypericaceae). Это растение давно нашло применение в народной и официальной медицине, как кровоостанавливающее, противо-микробное, противовоспалительное, гепатопротекторное, иммуностимулирующее средство [1, 2]. Содержание эфирного масла является характерным признаком видов рода Hypericum и составляет от 0,01 до 1,75% [3]. Оно локализуется в секреторных канальцах плодов и стеблей, в многочисленных эндогенных образованиях листьев и цветков [4]. В медицине эфирное масло зверобоя продырявленного не нашло самостоятельного применения, но не исключено его комплексное действие в спиртовых и масляных экстрактах, применяемых в лечебных целях [3].
Из эфирного масла зверобоя продырявленного выделено 29 соединений (10 монотерпенов, 6 сесквитерпенов, 13 алифатических углеводородов). Компонентами эфирного масла Hypericum perforatum L., произрастающего в Узбекистане, являются ß-кариофиллен - 11,7%; кариофиллен оксид -6,3%; спатуленол -6,0%; а-пинен - 5,0% [5]. Химический состав эфирных масел зависит от условий произрастания и фазы вегетации.
Цель работы - изучение компонентного состава эфирного масла, полученного из травы зверобоя продырявленного, собранного на территории Башкортостана в фазу цветения.
Состав эфирного масла изучали без предварительного разделения на фракции. Газохроматографический анализ в сочетании с масс-спектрометрией проводили на приборе «TRIO 1000» в режиме программного контроля температуры (40-300°С, со скоростью 4°С/мин). Колонки (DB-5) из нержавеющей стали размером 60000x0,25 мм. Газ-носитель - гелий (скорость 2 см3/мин), температура инжектора 260°С. Идентификацию вели сопоставлением масс-спектров электронного удара с базой данных в библиотеке масс-спектров WILEY 275 L и [6]. Эфирное масло получали из сухого сырья методом гидродистилляции с помощью прибора Клевенджера, чтобы избежать потери легколетучей фракции эфирного масла [7]. Были подобраны оптимальные условия количественного определения эфирного масла в траве зверобоя: навеска сырья, степень измельченности, время перегонки. На основе опытов было выявлено, что максимальный выход эфирного масла наблюдается при использовании сырья, прошедшего через сито № 2, с навеской 20,0 г и времени перегонки 2 часа. Увеличение степени измельченности сырья, массы его навески и времени перегонки к большему повышению выхода эфирного масла не привело. Эфирное масло представляет собой жидкость светло-желтого цвета со специфическим запахом. Рефрактометрически нами был определен показатель преломления (nD) эфирного масла зверобоя продырявленного. Количественное содержание эфирного масла в траве зверобоя продырявленного составило 0,13±0,03^0,17±0,04%, показатель преломления (nD) 1,4764±0,006. Хромато-масс-спектрометрический анализ эфирных масел без предварительного разделения на фракции позволяет идентифицировать компоненты, составляющие в сумме не менее 90-98% от массы образца [8].
В состав эфирного масла входит 148 соединений, из которых идентифицировано 85 компонентов. В табл. представлены идентифицированные компоненты, составляющие более 1% от суммарного содержания всех веществ. В составе эфирного масла травы зверобоя продырявленного из флоры Башкортостана преобладают сесквитерпеновые углеводороды (69,01%), из которых в максимальном количестве содержится кариофиллен оксид. На долю монотерпенов приходится 20,53% от состава эфирного масла. Основным компонентом является а-пинен. Содержание насыщенных углеводородов и высших жирных кислот составило 9,42% от состава эфирного масла. Преобладающими соединениями являются пальмитиновая кислота и докозан.
**Башкирский государственный медицинский университет Клинический республиканский онкологический диспансер МЗ РБ; Уфа
