Внутрішньомолекулярні водневі зв'язки в молекулі кверцетину: дослідження методом аналізу топології електронної густини
Методами аналiзу топологiї електронної густини на рiвнi теорiї DFT B3LYP/6-31++ G(d,p) вперше показано, що кожен iз 12 стiйких конформерiв молекули кверцетину охоплений мережею трьох внутрiшньомолекулярних H-зв’язкiв двох OH. . .O i одного CH. . .O, енергiя яких лежить у межах 3,16–6,09 ккал/моль....
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2014
|
| Назва видання: | Доповіді НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87966 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Внутрішньомолекулярні водневі зв'язки в молекулі кверцетину: дослідження методом аналізу топології електронної густини / I.О. Проценко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 7. — С. 165-168. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87966 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-879662025-02-23T19:45:21Z Внутрішньомолекулярні водневі зв'язки в молекулі кверцетину: дослідження методом аналізу топології електронної густини Внутримолекулярные водородные связи в молекуле кверцетина: исследование методом анализа топологии электронной плотности Intramolecular hydrogen bonds in a quercetin molecule: a study by the method of analysis of the electron density Проценко, І.О. Біофізика Методами аналiзу топологiї електронної густини на рiвнi теорiї DFT B3LYP/6-31++ G(d,p) вперше показано, що кожен iз 12 стiйких конформерiв молекули кверцетину охоплений мережею трьох внутрiшньомолекулярних H-зв’язкiв двох OH. . .O i одного CH. . .O, енергiя яких лежить у межах 3,16–6,09 ккал/моль. Причому сумарна енергiя H-зв’язкiв у кожному конформерi дещо перевищує величину 13 ккал/моль. На прикладi енергетично найвигiднiшого конформера показано, що H-зв’язок CH. . .O є доволi гнучким i розривається при поворотi видозмiненого фенiльного кiльця вiдносно площини молекули на кут, бiльший за 45 град. Методами анализа топологии электронной плотности на уровне теории DFT B3LYP/6- 31++G(d,p) впервые показано, что каждый из 12 устойчивых конформеров молекулы кверцетина охвачен тремя внутримолекулярными H-связями двумя OH. . .O и одним CH. . .O, энергия которых лежит в пределах 3,16–6,09 ккал/моль. Причем суммарная энергия H-связей в каждом конформере несколько превышает величину 13 ккал/моль. На примере энергетически наиболее выгодного конформера показано, что H-связь CH. . .O достаточно прочная и разрывается при повороте видоизмененного фенильного кольца относительно плоскости молекулы на угол более 45 град. Using the method of analysis of the electron density at the level of the theory DFT B3LYP/6-31 ++G(d,p), it is shown that each of twelve stable conformers of a quercetin molecule has three intramolecular H-bonds two OH. . .O and one CH. . .O, whose energies lie within 3.16–6.09 kcal/mol. Moreover, the total energy of H-bonds in each conformer is a little bit higher than the value of 13 kcal/mol. For the most energetically favorable conformer, it is shown that the H-bond CH. . .O is quite flexible and is broken when the modified phenyl ring is turned relative to the plane of the molecule by an angle of more than 45 degrees. Автор висловлює щиру вдячнiсть корпорацiї “GAUSSIAN” (США) за наданий Д.М. Говоруну грант — програмний пакет “GAUSSIAN03” для платформи Win32. 2014 Article Внутрішньомолекулярні водневі зв'язки в молекулі кверцетину: дослідження методом аналізу топології електронної густини / I.О. Проценко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 7. — С. 165-168. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87966 577.3 uk Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Біофізика Біофізика |
| spellingShingle |
Біофізика Біофізика Проценко, І.О. Внутрішньомолекулярні водневі зв'язки в молекулі кверцетину: дослідження методом аналізу топології електронної густини Доповіді НАН України |
| description |
Методами аналiзу топологiї електронної густини на рiвнi теорiї DFT B3LYP/6-31++ G(d,p) вперше показано, що кожен iз 12 стiйких конформерiв молекули кверцетину охоплений мережею трьох внутрiшньомолекулярних H-зв’язкiв двох OH. . .O i одного CH. . .O, енергiя яких лежить у межах 3,16–6,09 ккал/моль. Причому сумарна енергiя H-зв’язкiв у кожному конформерi дещо перевищує величину 13 ккал/моль. На прикладi енергетично найвигiднiшого конформера показано, що H-зв’язок CH. . .O є доволi гнучким i розривається при поворотi видозмiненого фенiльного кiльця вiдносно площини молекули на кут, бiльший за 45 град. |
| format |
Article |
| author |
Проценко, І.О. |
| author_facet |
Проценко, І.О. |
| author_sort |
Проценко, І.О. |
| title |
Внутрішньомолекулярні водневі зв'язки в молекулі кверцетину: дослідження методом аналізу топології електронної густини |
| title_short |
Внутрішньомолекулярні водневі зв'язки в молекулі кверцетину: дослідження методом аналізу топології електронної густини |
| title_full |
Внутрішньомолекулярні водневі зв'язки в молекулі кверцетину: дослідження методом аналізу топології електронної густини |
| title_fullStr |
Внутрішньомолекулярні водневі зв'язки в молекулі кверцетину: дослідження методом аналізу топології електронної густини |
| title_full_unstemmed |
Внутрішньомолекулярні водневі зв'язки в молекулі кверцетину: дослідження методом аналізу топології електронної густини |
| title_sort |
внутрішньомолекулярні водневі зв'язки в молекулі кверцетину: дослідження методом аналізу топології електронної густини |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Біофізика |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87966 |
| citation_txt |
Внутрішньомолекулярні водневі зв'язки в молекулі кверцетину: дослідження методом аналізу топології електронної густини / I.О. Проценко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 7. — С. 165-168. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT procenkoío vnutríšnʹomolekulârnívodnevízvâzkivmolekulíkvercetinudoslídžennâmetodomanalízutopologííelektronnoígustini AT procenkoío vnutrimolekulârnyevodorodnyesvâzivmolekulekvercetinaissledovaniemetodomanalizatopologiiélektronnojplotnosti AT procenkoío intramolecularhydrogenbondsinaquercetinmoleculeastudybythemethodofanalysisoftheelectrondensity |
| first_indexed |
2025-11-24T18:07:06Z |
| last_indexed |
2025-11-24T18:07:06Z |
| _version_ |
1849696061302505472 |
| fulltext |
УДК 577.3
I.О. Проценко
Внутрiшньомолекулярнi водневi зв’язки в молекулi
кверцетину: дослiдження методом аналiзу топологiї
електронної густини
(Представлено членом-кореспондентом НАН України Д. М. Говоруном)
Методами аналiзу топологiї електронної густини на рiвнi теорiї DFT B3LYP/6-31++
G(d,p) вперше показано, що кожен iз 12 стiйких конформерiв молекули кверцетину охо-
плений мережею трьох внутрiшньомолекулярних H-зв’язкiв — двох OH. . .O i одного
CH. . .O, енергiя яких лежить у межах 3,16–6,09 ккал/моль. Причому сумарна енергiя
H-зв’язкiв у кожному конформерi дещо перевищує величину 13 ккал/моль. На прикладi
енергетично найвигiднiшого конформера показано, що H-зв’язок CH. . .O є доволi гнучким
i розривається при поворотi видозмiненого фенiльного кiльця вiдносно площини молеку-
ли на кут, бiльший за 45 град.
Кверцетин — багатофункцiональна бiологiчно активна сполука, що належить до класу бiо-
флаваноїдiв [1]. Його широко використовують у медицинi та фармацiї для профiлактики
та лiкування деяких онкологiчних захворювань: так, зокрема, кверцетин стримує лейке-
мiю та рак молочної залози [2]. Як i iншi природнi флаваноїди, вiн також покращує стан
серцево-судинної системи [3].
У роботi [4] проведено вичерпний конформацiйний аналiз молекули кверцетину у вiль-
ному станi сучасними методами квантової хiмiї. На рiвнi теорiї MP2/6-31++G(d,p) // DFT
B3LYP/6-31G++(d,p) вперше показано, що ця молекула має 12 стiйких планарних кон-
формерiв, вiдносна енергiя Гiббса яких знаходиться в дiапазонi 0–5 ккал/моль за нормаль-
них умов. Наведено рiвноважнi геометричнi характеристики основного (енергетично найви-
гiднiшого) конформера. Усi високоенергетичнi конформацiї отримуються ортогональними
конформацiйними переходами, змiнами торсiйнiх кутiв C6C7O6H10, C8C9O7H9, C2C1O3H8,
C1C2C10C11, C13C15O5H6 та C15C14O4H7. Водночас при переходi в кристалiчний стан моле-
кула кверцетину значно деформується, набуваючи неплощинної будови.
У цiй роботi увагу спрямовано на вивчення таких функцiонально важливих характерис-
тик iзольованого кверцетину, як внутрiшньо молекулярнi Н-зв’язки.
Методи дослiдження. Внутрiшньомолекулярнi Н-зв’язки iдентифiкували методом то-
пологiї електронної густини за Бейдером [5]. При цьому необхiдною i достатньою умовою
їхнього iснування вважали наявнiсть критичної точки типу (3;−1), що лежить на вiдпо-
вiднiй лiнiї зв’язку.
Хвильовi функцiї розраховували, використовуючи геометрiю конформерiв кверцетину,
отриману на рiвнi теорiї B3LYP/6-31++G(d,p) [6, 7]. Енергiю класичних Н-зв’язкiв ОН. . .О
(рис. 1) визначали за формулою, запропонованою в роботi [8], EОН...О = 202 · ρ − 1,77, де
ρ — електронна густина в критичнiй точцi типу (3;−1) вiдповiдного Н-зв’язку.
© I. О. Проценко, 2014
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №7 165
Рис. 1. Мережа внутрiшньомолекулярних Н-зв’язкiв (зображено пунктиром) у енергетично найвигiднiшiй
конформацiї молекули кверцетину
Енергiю Н-зв’язкiв СН. . .О визначали за формулою Еспiнози [9] EСН...О = 313,76 ·V , де
V — густина вiрiалу в критичнiй точцi (3;−1) вiдповiдного Н-зв’язку.
Результати та їхнє обговорення. Отриманi результати щодо дослiджуваних харак-
теристик внутрiшньомолекулярних Н-зв’язкiв у молекулi кверцетину наведено в табл. 1.
Їхнiй аналiз дозволяє зробити такi бiофiзично важливi висновки.
Молекула кверцетину охоплена трьома, незалежно вiд її конформацiї, внутрiшньомо-
лекулярними Н-зв’язками. При цьому пара класичних Н-зв’язкiв O3H8. . .O1 i O7H9. . .O1,
що замикаються на атом кисню O1 — акцептор протона, iснує у всiх без винятку 12
конформерах. Також в усiх без винятку конформерах спостерiгається ще один Н-зв’язок
C12H4. . .O3.
Аналiз числових даних, наведений у табл. 1, засвiдчує, що енергiя зафiксованих внут-
рiшньомолекулярних Н-зв’язкiв лежить у межах 3,16–6,09 ккал/моль, тобто вона належить
до класу так званих середнiх Н-зв’язкiв. У всiх без винятку випадках кут Н-зв’язування
АН. . .О (A = O, С) тупий i лежить у межах 118,5–147 град, причому верхня межа харак-
терна для Н-зв’язку O7H9. . .O1 (див. рис. 1). Звертає на себе увагу той факт, що сумарна
енергiя трьох внутрiшньомолекулярних Н-зв’язкiв складає досить значну величину (бiльше
за 13 ккал/моль): це означає, що цi специфiчнi взаємодiї є корисним структурноформуючим
чинником молекули кверцетину.
Попереднє дослiдження залежностi енергiї внутрiшньомолекулярного Н-зв’язку СН. . .О
вiд вiдповiдних конформацiйних змiнних для основного конформера молекули кверцетину
(див. рис. 1), показали, що вiн є доволi гнучким i розривається, поступово послаблюючись,
при поворотi видозмiненого фенiльного кiльця iз площини молекули на кут, бiльший за 45
град.
166 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №7
Таблиця 1. Геометричнi, електронно-топологiчнi та енергетичнi характеристики внутрiшньомолекулярних
Н-зв’язкiв у всiх можливих комформерах кверцетину
Конфор-
мер
Н-зв’язок
АН. . .О
(A = O, С)
ρ, а. о.
∆ρ,
а. о.
EОН...О/СН...О,
ккал/моль
dA...О,
Å
dН...О,
Å
dAH,
Å
∠AH. . .O,
град
I O7H9. . .O1 0,038 0,035 5,99 2,651 1,759 0,991 147,8
O3H8. . .O1 0,025 0,028 3,27 2,632 2,013 0,980 119,0
C12H4. . .O3 0,017 0,020 4,15 2,890 2,144 1,083 123,8
II O7H9. . .O1 0,038 0,034 5,85 2,656 1,766 0,990 147,7
O3H8. . .O1 0,025 0,028 3,31 2,629 2,008 0,981 119,1
C12H4. . .O3 0,018 0,020 4,19 2,888 2,140 1,083 123,9
III O7H9. . .O1 0,039 0,035 6,09 2,647 1,754 0,992 147,9
O3H8. . .O1 0,024 0,028 3,17 2,637 2,024 0,980 118,6
C12H4. . .O3 0,017 0,019 3,97 2,904 2,166 1,080 123,4
IV O7H9. . .O1 0,039 0,035 6,03 2,649 1,757 0,991 147,8
O3H8. . .O1 0,025 0,028 3,23 2,634 2,017 0,980 118,8
C12H4. . .O3 0,017 0,019 4,02 2,898 2,160 1,080 123,4
V O7H9. . .O1 0,038 0,035 5,87 2,655 1,765 0,990 147,7
O3H8. . .O1 0,025 0,028 3,27 2,631 2,013 0,980 118,9
C12H4. . .O3 0,017 0,019 4,00 2,900 2,162 1,080 123,4
VI O7H9. . .O1 0,039 0,035 6,07 2,647 1,755 0,992 147,8
O3H8. . .O1 0,024 0,028 3,16 2,637 2,025 0,980 118,5
C12H4. . .O3 0,017 0,019 3,97 2,893 2,167 1,081 122,4
VII O7H9. . .O1 0,038 0,035 5,95 2,652 1,761 0,990 147,7
O3H8. . .O1 0,025 0,028 3,22 2,633 2,019 0,980 118,7
C12H4. . .O3 0,017 0,019 3,99 2,903 2,164 1,080 123,5
VIII O7H9. . .O1 0,038 0,035 5,92 2,653 1,763 0,990 147,7
O3H8. . .O1 0,025 0,028 3,21 2,634 2,020 0,980 118,6
C12H4. . .O3 0,017 0,019 4,01 2,891 2,163 1,081 122,5
IX O7H9. . .O1 0,038 0,035 6,00 2,650 1,758 0,991 147,8
O3H8. . .O1 0,025 0,028 3,24 2,633 2,015 0,980 118,9
C12H4. . .O3 0,017 0,020 4,16 2,894 2,143 1,083 124,2
X O7H9. . .O1 0,039 0,035 6,07 2,647 1,755 0,992 147,9
O3H8. . .O1 0,025 0,028 3,18 2,636 2,022 0,980 118,7
C12H4. . .O3 0,017 0,019 3,97 2,901 2,166 1,080 123,1
XI O7H9. . .O1 0,038 0,035 5,86 2,655 1,766 0,990 147,7
O3H8. . .O1 0,025 0,028 3,29 2,630 2,010 0,981 119,0
C12H4. . .O3 0,017 0,019 4,16 2,894 2,143 1,083 124,2
XII O7H9. . .O1 0,038 0,035 5,93 2,653 1,762 0,990 147,7
O3H8. . .O1 0,025 0,028 3,23 2,633 2,017 0,980 118,8
C12H4. . .O3 0,017 0,019 3,98 2,900 2,165 1,080 123,1
Пр и м i т ка. ρ i ∆ρ — значення електронної густини i лапласiана електронної густини в критичнiй точцi
типу (3;−1) вiдповiдно; EОН...О/СН...О — енергiя Н-зв’язкiв ОН. . .О i СН. . .О вiдповiдно.
Автор висловлює щиру вдячнiсть корпорацiї “GAUSSIAN” (США) за наданий Д.М. Говоруну
грант — програмний пакет “GAUSSIAN03” для платформи Win32.
1. Manach C., Scalbert A., Morand C. et al. Polyphenols: food sources and bioavailability // Am. J. Clin.
Nutr. – 2004. – 79. – P. 727–747.
2. Russo G.L. Ins and outs of dietary phytochemicals in cancer chemoprevention // Biochem. Pharmacol. –
2007. – 74. – P. 533–544.
3. Egert S., Bosy-Westphal A., Seiberl J. et al. Quercetin reduces systolic blood pressure and plasma oxidi-
sed low-density lipoprotein concentrations in overweight subjects with a high-cardiovascular disease risk
phenotype: a double-blinded,placebo-controlled cross-over study // Br. J. Nutr. – 2009. – 102, No 7. –
P. 1065–1074.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №7 167
4. Проценко I.О., Говорун Д.М. Конформацiйнi властивостi молекули кверцетину: квантово-хiмiчне
дослiдження // Доп. НАН України. – 2014. – № 3. – С. 153–157.
5. Бейдер Р. Атомы в молекулах: квантовая теория. – Москва: Мир, 2001. – 532 с.
6. Becke A.D. Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange // J. Chem. Phys. –
1993. – 98, No 7. – P. 5648–5652.
7. Gaussian 03, Revision С. 02 / M. J. Frisch, G.W. Trucks, H.B. Schlegel, G. E. Scuseria, M.A. Robb,
J.R. Cheeseman, Jr., J. A. Montgomery, T. Vreven, K.N. Kudin, J. C. Burant, J. M. Millam, S. S. Iyengar,
J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G. A. Petersson, H. Nakatsuji,
M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao,
H. Nakai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H.P. Hratchian, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jarami-
llo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski,
P.Y. Ayala, K. Morokuma, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, V.G. Zakrzewski, S. Dapprich,
A.D. Daniels, M.C. Strain, O. Farkas, D.K. Malick, A.D. Rabuck, K. Raghavachari, J. B. Foresman,
J.V. Ortiz, Q. Cui, A.G. Baboul, S. Clifford, J. Cioslowski, B.B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Pi-
skorz, I. Komaromi, R. L. Martin, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham, C. Y. Peng, A. Nanayakkara,
M. Challacombe, P.M. W. Gill, B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, C. Gonzalez, J. A. Pople. – Gaussian,
Inc., Wallingford CT, 2004.
8. Булавин Л.А., Николаенко Т.Ю., Говорун Д.Н. Определение энергии внутримолекулярных водо-
родных связей O–H. . .O по распределению электронной плотности // Вiсн. СевНТУ: Зб. наук. пр.
Сер. Фiзика бiол. систем i молекул. – 2011. – Вип. 113. – С. 41–45.
9. Espinosa E., Molins E., Lecomte C. Hydrogen bond strengths revealed by topological analyses of experi-
mentally observed electron densities // Chem. Phys. Lett. – 1998. – 285. – P. 170–173.
Надiйшло до редакцiї 05.03.2014Iнститут високих технологiй
Київського нацiонального унiверситету
iм. Тараса Шевченка
И.А. Проценко
Внутримолекулярные водородные связи в молекуле кверцетина:
исследование методом анализа топологии электронной плотности
Методами анализа топологии электронной плотности на уровне теории DFT B3LYP/6-
31++G(d,p) впервые показано, что каждый из 12 устойчивых конформеров молекулы квер-
цетина охвачен тремя внутримолекулярными H-связями — двумя OH. . .O и одним CH. . .O,
энергия которых лежит в пределах 3,16–6,09 ккал/моль. Причем суммарная энергия H-свя-
зей в каждом конформере несколько превышает величину 13 ккал/моль. На примере энерге-
тически наиболее выгодного конформера показано, что H-связь CH. . .O достаточно прочная
и разрывается при повороте видоизмененного фенильного кольца относительно плоскости
молекулы на угол более 45 град.
I. O. Protsenko
Intramolecular hydrogen bonds in a quercetin molecule: a study by the
method of analysis of the electron density
Using the method of analysis of the electron density at the level of the theory DFT B3LYP/6-31
++G(d,p), it is shown that each of twelve stable conformers of a quercetin molecule has three
intramolecular H-bonds — two OH. . .O and one CH. . .O, whose energies lie within 3.16–6.09
kcal/mol. Moreover, the total energy of H-bonds in each conformer is a little bit higher than the
value of 13 kcal/mol. For the most energetically favorable conformer, it is shown that the H-bond
CH. . .O is quite flexible and is broken when the modified phenyl ring is turned relative to the plane
of the molecule by an angle of more than 45 degrees.
168 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №7
|