КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ ОНКОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕПАРАТА КСЕЛОДА

QUANTUM CHEMICAL STUDY OF THE ELECTRONIC STRUCTURE OF ONCOLOGICAL DRUG XELODA
Цитировать:
Мамарахмонов М.Х., Аскаров И.Р. КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ ОНКОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕПАРАТА КСЕЛОДА // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2022. 8(98). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/14097 (дата обращения: 25.02.2024).
Прочитать статью:
DOI - 10.32743/UniChem.2022.98.8.14097

 

АННОТАЦИЯ

Электронное строение молекулы препарата Xeloda (5’-диокси-5-фтор-N-[(пентилоксил)карбонил]цитидин, или под CAS названием капецитабин изучено современным квантово-химическим методом DFT B3LYP. На основе анализа рассчитанной геометрии, зарядового распределения и энергетических характеристик оценена его реакционная способность.

ABSTRACT

The electronic structure of xelodadrug molecule (5-dioxi-5ftor-N-[(pentyloxil)carbonyl]sitidin or with CAS name Kapesitabin studied using modern quantum chemical method DFT B3LYP. Based on the analysis of the obtained geometry, charge distribution and energy characteristics, it’s reactivity was estimated.

 

Ключевые слова: кселода, капецитабин, квантово-химический расчет, электронное строение, геометрия, заряды, граничные орбитали, спектральные свойства, реакционная способность.

Keywords: xeloda, kapecitabin, quantum chemical calculation, electronic structure, geometry, charges, frontier orbitals, spectral properties, reactivity.

 

Введение. Лечение рака молочной железы (РМЖ) – одно из глобальных проблем медицины. Согласно данным ВОЗ, только в 2020 году зарегистрировано свыше 2,2 млн. случаев этого заболевания среди населения мира, независимо от их места обитания, пола, возраста и социального условия жизни [1]. Для лечения РМЖ применяют синтетические препараты, однако, известны их отрицательные побочные эффекты на организм больного [2]. Поэтому научные исследования по выявлению биологической активности препаратов путем теоретических исследований являются актуальными [3].

Метаболизм. Препарат вводят в организм пациента пероральным путем, полностью всасывается в кишечнике, а метаболизм проходит в печени. В опухолевых тканях у больных РМЖ, желудка, колоректальным раком, раком шейки матки и яичников при взаимодействии капетацибина с ферментом тимидинфосфорилазы, превращаясь в 5-фторурацил (5’-дезокси-5-фторуридин), оказывает избирательное цитостатическое действие на ткани опухоли, нежели на здоровые ткани [4].

 

Рисунок 1.Условная нумерация на атомах молекулы Кселода

 

Методика исследования. В данной работе нами проведено теоретическое изучение реакционной способности химиотерапевтического препарата Кселода (5’-диокси-5-фтор-N-[(пентилоксил)карбонил]цитидин (Капецитабин) (Рис.1.), для оценки процесса его дальнейшего метаболизма в организме. Кселода относится к группе антиметаболитов, подгруппы антагонистов пиримидинов с молекулярной формулой C15H22FN3O6, молекулярной массой М=359, зарегистрированный в ВОЗ как антиметаболит [5]. Таким образом, представляет научный интерес оценка реакционной способности, путем исследования геометрии и электронной структуры молекулы и поэтому нами проведен квантово-химический расчет программой Gaussin98 [6], используя метод DFT B3LYP с базисным набором 3-21G.

Результаты расчетов. Результаты расчетов геометрических параметров, зарядового распределения, а также расчет энергии граничных орбиталей приведены в табличном виде и на рисунках ниже, соответственно. Согласно приведенным табличным данным, ароматичность фторурацилового фрагмента сохраняется, а на атомах азота гетероциклического кольца и замещенной аминогруппы находятся Электронные заряды и геометрические данные*на атомах молекулы максимальные отрицательные заряды, относительно других атомов циклического и ациклического фрагментах молекулы.

Таблица 1.

Распределения зарядов на атомах и геометрические параметры молекулы

Атом

Заряды,

q, e

Связь

Длина,

(d, Å)

Атом

Заряды

(q, e)

Связь

Длина,

(d, Å)

O1

-0.494

O1-C2

1.474

C21

-0.123

C18-O20

1.430

C2

0.038

C2-C3

1.540

C22

-0.416

O20-C21

1.430

C3

-0.042

C3-C4

1.483

C23

-0.370

C21-C22

1.540

C4

0.018

C4-C5

1.536

C24

-0.389

C22-C23

1.540

C5

0.212

C5-O1

1.447

C25

-0.565

C23-C24

1.540

C6

-0.569

C2-C6

1.474

H2

0.233

C24-C25

1.540

O7

-0.558

C3-O7

1.540

H3

0.202

C2-H2

1.070

O8

-0.562

C4-O8

1.430

H4

0.203

C3-H3

1.070

N9

-0.569

C5-N9

1.430

H5

0.283

C4-H4

1.070

C10

0.668

N9-C10

1.475

H6

0.199

C5-H5

1.070

N11

-0.548

C10-N11

1.470

H7

0.368

C6-H6

1.070

C12

0.470

N11-C12

1.288

H8

0.369

O7-H7

0.960

C13

0.267

C12-C13

1.534

H14

0.272

O8-H8

0.960

C14

-0.009

C13-C14

1.355

H17

0.331

C14-H14

1.070

O15

-0.443

C14-N9

1.476

H21

0.228

N17-H17

1.000

F16

-0.270

C10-O15

1.258

H22

0.210

C21-H21

1.070

N17

-0.647

C13-F16

1.350

H23

0.197

C22-H22

1.070

C18

0.789

C12-N17

1.470

H24

0.196

C23-H23

1.070

O19

-0.469

N17-C18

1.470

H25

0.193

C24-H24

1.070

O20

-0.506

C18-O19

1.258

 

 

C25-H25

1.070

Примечание: *- точность величин приведены в тысячных долях единиц.

 

Атомы N9, N11 и N17 носят заряды равные q=0,569е, -0,548е и -0,647е соответственно, которые могут являться потенциальными реакционными центрами. Геометрические параметры соответствует литературным данным [7].

Рисунок 2. а) Объемный вид ВЗМО Кселолода, EВЗМО=-0,233эВ

Рисунок 2. б) Объемный вид НСМО Кселолода, ЕНСМО=-0,089эВ

 

Анализ полученных данных показывает, что оба циклические фрагменты имеют высокую реакционную способность в отношении взаимодействия с нуклеофильными реагентами (Рис. 2 а). Однако, в случае электрофильных реагентов ароматический фрагмент молекулы становится потенциальным центром, согласно анализа граничных молекулярных орбиталей (Рис. 2 б), как одного из индексов реакционной способности молекул, широко используемый в литературе [8]. In vivo образование ароматического 5-фторурацила происходит а ткани опухоли, что предупреждает системное воздействие 5-ФУ на здоровые ткани организма. Именно эти метаболиты активно повреждают опухолевые клетки, оставляя здоровые ткани неповрежденной [9].

Выоды. Таким образом, полученные результаты проведенных нами квантово-химических расчетов хорошо описывает реакционную способность молекулы, которая может быть полезным в исследовании биологической активности молекулы, как важнейшего фактора метаболизма препарата в организме больного.

 

Список литературы:

  1. Рак молочной железы – WHO / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL:http://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/breast-cancer (дата обращения 15.07.2022).
  2. И.А. Королева, М.В. Капп, Е.М.Липаева. Журнал Медицинский совет. 2017; (14):112-117. / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL:https://doi.org/10.21518/2079-701X-2017-14-112-117 (дата дата обращения 15.07.2022).
  3. Мамарахмонов М.Х. Квантово-химическое исследование электронного строения препарата Летрозол, используемый при лечении рака молочной железы // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2022. 4(94). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/13339.
  4. Кселода®(Xeloda®) –Oncology.ru / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL:http://www.oncology.ru/specialist/medicine/xeloda (дата обращения 15.07.2022).
  5. Кселода®(Xeloda®) Инструкция по применению – Видаль. / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL:http://www.vidal.ru/drugs/xeloda_37377  (дата обращения 15.07.2022).
  6. M.J.F. Frisch and etc. / Gaussian 98. Revision A.5, Gaussian Inc.- Pittsburg (PA), 1998.
  7. Нейланд О.Я. Органическая химия. Учебник. - М.: В.Ш., 1990. – 751 с.
  8. Клопман Г. Реакционная способность и пути реакций. М.: Мир. 1977.-341 C.
  9. Кселода – инструкция по применению, дозы, побочные дкйствия, отзывы... / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL:http://www.risnet.ru/drugs/kseloda- 11296(дата обращения 15.07.2022).
Информация об авторах

PhD, старший преподаватель кафедры химии, Андижанского госуниверситета, Узбекистан, г. Андижан

PhD, the senior lecturer of the department of chemistry, Andijan State University, Uzbekistan, Andijan

д-р хим. наук, заслуженный изобретатель, профессор кафедры химии Андижанского государственного университета им. З.М. Бабура, 170100, Республика Узбекистан, Андижан, Университет, дом 129

Dr. Chem. Sci., Professor of the Department of Chemistry, Andijan State University named after Z.M. Babur, 170100, Republic of Uzbekistan, Andijan, University str., 129

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top