КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ, ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ФЛАВОНА ИЗ СУММЫ ВЫДЕЛЕННОГО ИЗ РАСТЕНИЯ ВИТЕКС

АННОТАЦИЯ

Использование природных, биологически активных веществ, выделенных из растений местного происхождения, в лечении больных с андрологическими проблемами приводят к положительным результатам. Нами изучен химический состав одного из таких растений Витекс - Vitex agnus castus и проведено его исследование. В данной статье приведены результаты квантово-химического исследования соединения флавон, из суммы экстрактов выделенного из вышесказанного растения. На основе анализа полученных данных изучено электронное строение, оценена реакционная способность и биологически активное действие флавона на организм человека.

ABSTRACT

The use of natural, biologically active substances isolated from plants of local origin in the treatment of patients with andrological problems leads to positive results. We have studied the chemical composition of one of these Vitex plants - Vitex agnus castus and carried out a theoretical study of it. This article presents the results of a quantum chemical study of the flavone compound, from the sum of extracts isolated from the above plant. Based on the analysis of the data obtained, the electronic structure was studied, the reactivity and biologically active effect of the flavone on the human body was assessed.

Ключевые слова: Витекс, флавон, квантово-химический расчет, метод DFT-B3LYP, геометрия, электронное строение, реакционная способность, биологическая активность.

Keywords: Vitex, flavone, quantum chemical calculation, DFT-B3LYP method, geometry, electronic structure, reactivity, biological activity.

Введение. Флавон - биологически активное соединение, выделена из растения Витекс, богатого биологически активным веществам. Поэтому плоды и части растения считаются важными объектами в фармакологической практике. Например, в бесплодии, одного из трудноизлечимых видов среди андрологических заболеваний в мире, биологически активные вещества из частей растения Витекс можно рекомендовать как альтернативные источники лечения болезни. Так как несмотря на использование стандартных методов лечения, используемые попытки не всегда приводят к ожидаемым положительным результатам [1-3]. Поэтому, нами проведено квантово-химическое исследование флавона, для выяснения электронного строения и реакционной способности, посредством которого сделана попытка выяснения механизма действия в организм человека [4, 5].

Постановка проблемы. Методы лечения андрологических заболеваний разнообразны, и чаще всего используется хирургический метод лечения, несмотря на отрицательные последствия, даже послеоперационной реабилитации больных. А в лечении терапевтическими методами часто используются в основном импортные лекарства или биологически активные добавки различного типа, которые вынуждает быть процесс лечения зависимым от импортных лекарственных средств.

Согласно указу Президента РУз, перед фармакологической отрасли страны поставлены ряд задач, для решения данной проблемы: выращивания импортозамещенных лекарственных растений, районизация, переработка лечебных БАД из местных лекарственных, а также саженцев зарубежных лекарственных растений.

Данная исследовательская работа посвящена переработке семян лекарственного растения Витекс (Vitex agnus castus) привезенного из России. Нами изучены литературные источники последних 30 лет, и выявлена, что в составе выделенного из этого растения суммы имеются множество биологически активных веществ, в частности флаваноиды. Объектом данного исследования выбран флавон (см. рис. 1), который положительно влияет на ряд заболеваний.

Методика расчетов. Для глубоко изучения механизма действия на организм человека этого вещества нами проведены квантово-химические исследования для выяснения геометрии, электронной строении, реакционной способности и оценки биологичекой активности. Расчеты проведены по программе Gaussian98 методом DFT-B3LYP с использованием базисного набора 3-21G [6]. При расчетах нумерацию атомов молекулы выбрали условно, это приведет некоторым упрощениям, как сделано нами ранее [7].

                  1а                                                                  1b                                                  1c

Рисунок 1. Структура флавона: 1а – нумерация, 1b – заряды на атомах, 1с - планарность

Обсуждение результатов. Вычисленная полная энергия системы равна Еп=-454360,14 кКал/моль, диполный момент µ=3,74 Дб, что свидетельствует о полярности данной молекулы. Ниже в таблицах приведены результаты нами проведенных расчетов.

Таблица 1.

Распределение зарядов на атомах, геометрические данные флавона

Заряды на атомах. Из данных таблицы видно, что максимальный отрицательный заряд на атомах карбоциклов A и В сосредоточен у атома кислорода О1, равный q=-0.61е. А на атоме экзоциклического кислорода у карбонильной группы заряд самый максимальный и равен q=-0.50e, что показывает этот атом предпочтительным образом может стать центром атаки для электрофильных цастиц. На атомах ароматического кольца С электронные заряды мало различаются и колеблется от q=-0.17e до -0.19е. Длина связей. Длина межатомных связей ароматического кольца О1-С2, С6-О1, С7-С8, С9-С10 равны 1.39Å, тогда как длина связей С3-С4, С4-С5 удлинены до 1.46Å и 1.48 Å за счет электронного влияния соседней карбонильной группы. Длина самой связи С4-О12, т.е., карбонильной группы равна 1.25Å. Длина связей С13-С14, С16-С17 и С14-С15, С15-С16 у ароматического кольца С, соответственно равны 1.39Å и 1.40Å. Длина всех С-Н связей по сей молекуле почти одинаковы и равны 1.08Å. Валентные углы. Величина валентных углов О1-С2-С3, С3-С4-С5, С5-С6-О1, С6-О1-С2 у кольца А соответственно равны 121.21^о, 113.67^о, 121.10^о, 119.79^о. В кольце В валентные углы С5-С7-С8, С8-С9-С10 равны 120.44^о, 120.58^о. В ароматическом кольце валентные углы С11-С13-С14, С14-С15-С16, С16-С17-С11 равны соответственно 120.44^о, 119.66^о, 120.34^о, которые лежат в пределах угла sp² гибридного ароматического атома углерода. Торсионные углы. Согласно данным таблицы 1, все торсионные углы атомов колец А, В, С сходны величине планарной структуры молекулы (τ= либо 0^о, либо 180^о), которые свидетельствуют о выполнения одной из условий ароматичности.

Рисунок 2. Вид граничных орбиталей и их энергетическая диаграмма

Дальнейшие результаты исследований по методу молекулярных орбиталей приведены на рис. 2. Таким образом, вид верхней заполненной молекулярной орбитали (ВЗМО) и низкой свободной молекулярной орбитали (НСМО) представлены на рис. 2a и 2c соответственно. Согласно данным, атом кислорода карбонильной группы по зарядовому механизму и по орбитальному контролю реакций является потенциальным центром для атаки электрофилов. На рис. 2b приведена энергетическая диаграмма молекулярных орбиталей. Энергетическая разница между граничными орбиталями составляет Евзмо-Енсмо=0.30эВ, которая дает возможность легко активироваться электрон на ВЗМО.

Выводы. Таким образом, на основе полученных данных можно заключить, что карбонильная группа в структуре флавона играет важную роль в реакционной способности и в механизме действии в организм человека.

Список литературы:

1. Delage B. Flavonoids. Linus Pauling Institute, Oregon State University, Corvallis, Oregon. Jan. 26, 2021.
2. Clemetson A.B. (Jan. 10, 2018) Vitamin C. Vol. 1. CRC Press. ISBN 978-1-351-08601-1.
3. Greenhall E., Vessey M. The prevalence of subfertility: a review of the current confusion and a report of two new studies. Fertil Steril 1990;54(6):978–83. DOI: 10.1016/s0015-0282(16)53990-9.
4. Agarwal А., Said T.М. Role of sperm chromatin abnormalities and DNA damage in male infertility. Hum Reprod Update 2003;9(4):331–45. DOI: 10.1093/humupd/dmg027.
5. Машковский, М. Д. Лекарственные средства. - 15-е изд. - М.: Новая Волна, 2005. - С. 629-630. — 1200 с.
6. Frisch M.J.F and etc. Gaussian 98. Revision A. 5. Gaussian Inc. – Pittsburgh (PA). 1998.
7. Мамарахмонов М.Х. [и др.]. Квантово-химическое исследование электронного строения билогически активного витамина В1 // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2024. 4(121). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/17361 (Дата обращения 30.06.2024 г.).