Вплив протонування та депротонування на кислотно-лужні властивості пурину, піримідину та імідазолу

Abstract

Напівемпіричним квантов о хімічним методом AMI в режимі оптимізацй всіх структур­них параметрів з нормою градієнта < 0,01 розраховано енергії протонування та депротонування електрично нейтральної, протонованих (катіонних) і депротонованих (аніон­них) форм пурину (Pur), піримідину (Рут) та імідазолу (Іт) у вільному стані, а та­кож заряди на атомах для всіх цих форм. Встановлено, що зміна зарядового стану молекули шляхом протонування чи депротонування радикально змінює її кислотно- лужні властивості. Так, протонування Риг, Руг та Im, зводячи нанівець їхні лужні властивості, значно підвищує кислотні; відрив будь-якого протона пригнічує прак­тично до нуля кислотні властивості, значно підсилюючи лужні. При цьому нацкислішою є іміногрупа, утворена приєднаним протоном, а найпротофільнішим – той атом, від якого відірвано протон. На основі отриманих результатів зроблено практично важ­ливий висновок: взаємопідсилення двох міжмолекулярних водневих зв'язків має місце в тому і лише в. тому випадку, коли основа виступає одночасно донором і акцептором цих зв'язків. В інших випадках відбувається їхнє взаємне ослаблення. В світлі отри­маних результатів по взаємовпливу (кооперативності) міжмолекулярних Н-зв'язків обговорюються квантов о хімічні засади самоасоціації Іт та Руг шляхом водневого зв'язування, а також уточнюються деталі фізико-хімічного механізму каталітичної ак­тивності серин-гістидинових естераз, зокрема хімотрипсину.

Полеэмпирическим квантовохимическим методом AMl в режиме оптимизации всех структурных параметров с нормой градиента < 0,01 рассчитана Сергия протежирования и депротонирования электрически нейтральной, протонироваиных (катиокных) и депротонированных (анионных) форм пурина (Рпг), пиримидина (Pvr) и имидазола (Im) в свободном состоянии, а также заряды на атомах для всех этих форм. Установлено, что изменение зарядового состояния молекулы путем протонирования или депротонирования радикально изменяет ее кислотно-основные свойства. Так, протоціфование Рпг, Руг и Itn, сводя практически к нулю основные свойства, значительно повышает кислотные; отрыв какого-либо протона угнетает практически полностью кислотные, свойства, значительно повышая основные. При этом наиболее кислой является иминогруппа, образованная присоединенным протоном, а наиболее протофильным – тот атом, у которого удален протон. На основе полученных результатов сделан практически в:ьккый еыяод: взаимоусиление двух межмолекулярных водородных связен имеет место в том и только в том случае, когда основание выступает одновременно донором и акцептором этих связен. В остальных случаях происходит взаимоослабление Н-связей. В свете полученных результатов по взаимовлиянию (кооперативности) межмолекулярных Н-связей обсуждаются хвантовохимические основы самоассоциации Im и Pyr путем водородного связывания.

The energies of protonation and deprotonation of neutral, protonated (cation) and deprotonated (anion) forms of purine (Pur), pyrimidine (Pyr) and imidazole (Im) and charges on atoms for all these forms have been calculated in vacuum by means of semiempirical quantum mechanical AMI method with optimization (gradient norm < 0,01) of all structural parameters. It was established that charge state deviation of molecule through protonation or deprotonation changes its acidic-basic properties considerably. So, Pur, Pyr and Im protonation reduces basic properties to zero and considerably increasing acidic ones; any proton separation depresses acidic properties to zero practically, increasing basic ones. The iminogroup with accepted proton is the most acid site and the atom, from which the proton has been removed is the most protonofilic. On the ground of data obtained the important conclusion was made: mutual amplification of two intermolecular hydrogen bonds occures only in the case when the base is donor and acceptor of protons simultaneously. There is mutual decrease of H-bonds in the rest cases. Based on a results of intermolecular H-bonds mutual influence study, the quantum chemical foundations of Im and Pyr selfassociation through hydrogen bonding are under discussion.