Барический полиморфизм шестичленных гетероциклов
- 作者: 1
-
隶属关系:
- Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
- 期: 卷 1 (2024)
- 页面: 228-229
- 栏目: ЧАСТЬ I. Химия
- URL: https://ter-arkhiv.ru/osnk-sr2024/article/view/632575
- ID: 632575
如何引用文章
全文:
详细
Обоснование. Особый интерес представляет зависимость свойств того или иного соединения от его структуры. Наиболее острой эта проблема становится при рассмотрении биологической активности лекарственных препаратов, т.к. от характера межмолекулярных взаимодействий могут зависеть биодоступность и фармакокинетические свойства вещества [1]. Возрастает число публикаций о возможном влиянии полиморфизма на фармакологические и физические свойства вещества. В работе [2] упоминается об изменении диэлектрических свойств 1H-бензимидазола в зависимости от величины внешнего давления за счет «переключаемых» N···H–N водородных связей. Предполагается также изменение и фармакокинетических свойств вещества в зависимости от характера водородного связывания.
Цель — проведение кристаллохимического анализа структур 1H-бензимидазола, снятых при различном внешнем давлении.
Методы. Методы, примененные в рамках классического представления о структуре кристалла, для описания характера водородного N···H–N связывания здесь неприменимы, т. к. координаты атомов водорода заданы геометрически, в результате чего изменение внешнего давления не сказывается на длинах связей C–H и N–H. В данной работе был использован метод кристаллохимического анализа невалентных взаимодействий, основанный на применении характеристик молекулярных полиэдров Вороного–Дирихле и реализованный в комплексе компьютерных топологических программ ToposPro [3]. Важнейшие принципы и подробное изложение метода МПВД изложены в соответствующих публикациях [4, 5].
Результаты. Рассчитаны парциальные вклады внутри- и межмолекулярных взаимодействий в 13 структурах бензимидазола, включающих 13 кристаллографически неэквивалетных молекул, снятых при различном внешнем давлении. В работе [2] показано, что существуют 3 полиморфные модификации, устойчивые в определенном интервале давлений. Результаты расчетов межмолекулярных взаимодействий сведены на рисунке 1.
Рис. 1. Зависимость величин парциальных вкладов межмолекулярных взаимодействий от величины внешнего давления
Из графика видно, что наибольший вклад привносят контакты H/#H. Судя по всему, это связано со спецификой структуры молекулы, в которой остальные атомы частично экранированы атомами водорода, что мешает им в полной мере участвовать в межмолекулярных контактах. При увеличении давления уменьшается вклад межмолекулярных контактов H/#H и увеличивается вклад контактов H/C, что связано с приближением отдельных молекул «торец к плоскости», или же π-стекинг взаимодействие, из-за чего атомы водорода одной молекулы становятся более экранированными атомами углерода и азота другой молекулы. Далее при переходе в другую пространственную группу вклад межмолекулярных контактов H/#H увеличивается, так как молекулы укладываются «стопкой» и межмолекулярные расстояния между водородами соседних молекул уменьшаются. В пр. гр. Pbca плоскости соседних молекул расположены уже под некоторым углом (не параллельно), за счет чего вклад контактов H/#H уменьшается.
Более чувствительным к полиморфным превращениям является угол водородной связи N-H/N. Из рис. 2 видно, что наиболее «податливым» к действию давления является полиморф β, т. к. угол водородной связи в его структурах монотонно уменьшается.
Рис. 2. Зависимость изменения угла водородной связи N···H–N от величины внешнего давления
Также была выявлена зависимость изменения угла N···H–N в упрощенных структурах бензимидазола, которая наглядно иллюстрирует характер изменения упаковки молекул от величины внешнего давления (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость изменения угла N···H–N в упрощенной структуре от величины внешнего давления
Вывод. Установлено влияние особенностей межмолекулярных взаимодействий на упаковку молекул бензимидазола в кристаллах. В рамках терминов стереоатомной модели строения кристаллов описана зависимость характера изменения водородного связывания N-H···N от величины внешнего давления, а также показано, что полиморфный переход одной пространственной группы в другую прежде всего связан с изменением характера межмолекулярных взаимодействий, которые количественно можно описать величинами парциальных вкладов Δ, ٪.
全文:
Обоснование. Особый интерес представляет зависимость свойств того или иного соединения от его структуры. Наиболее острой эта проблема становится при рассмотрении биологической активности лекарственных препаратов, т.к. от характера межмолекулярных взаимодействий могут зависеть биодоступность и фармакокинетические свойства вещества [1]. Возрастает число публикаций о возможном влиянии полиморфизма на фармакологические и физические свойства вещества. В работе [2] упоминается об изменении диэлектрических свойств 1H-бензимидазола в зависимости от величины внешнего давления за счет «переключаемых» N···H–N водородных связей. Предполагается также изменение и фармакокинетических свойств вещества в зависимости от характера водородного связывания.
Цель — проведение кристаллохимического анализа структур 1H-бензимидазола, снятых при различном внешнем давлении.
Методы. Методы, примененные в рамках классического представления о структуре кристалла, для описания характера водородного N···H–N связывания здесь неприменимы, т. к. координаты атомов водорода заданы геометрически, в результате чего изменение внешнего давления не сказывается на длинах связей C–H и N–H. В данной работе был использован метод кристаллохимического анализа невалентных взаимодействий, основанный на применении характеристик молекулярных полиэдров Вороного–Дирихле и реализованный в комплексе компьютерных топологических программ ToposPro [3]. Важнейшие принципы и подробное изложение метода МПВД изложены в соответствующих публикациях [4, 5].
Результаты. Рассчитаны парциальные вклады внутри- и межмолекулярных взаимодействий в 13 структурах бензимидазола, включающих 13 кристаллографически неэквивалетных молекул, снятых при различном внешнем давлении. В работе [2] показано, что существуют 3 полиморфные модификации, устойчивые в определенном интервале давлений. Результаты расчетов межмолекулярных взаимодействий сведены на рисунке 1.
Рис. 1. Зависимость величин парциальных вкладов межмолекулярных взаимодействий от величины внешнего давления
Из графика видно, что наибольший вклад привносят контакты H/#H. Судя по всему, это связано со спецификой структуры молекулы, в которой остальные атомы частично экранированы атомами водорода, что мешает им в полной мере участвовать в межмолекулярных контактах. При увеличении давления уменьшается вклад межмолекулярных контактов H/#H и увеличивается вклад контактов H/C, что связано с приближением отдельных молекул «торец к плоскости», или же π-стекинг взаимодействие, из-за чего атомы водорода одной молекулы становятся более экранированными атомами углерода и азота другой молекулы. Далее при переходе в другую пространственную группу вклад межмолекулярных контактов H/#H увеличивается, так как молекулы укладываются «стопкой» и межмолекулярные расстояния между водородами соседних молекул уменьшаются. В пр. гр. Pbca плоскости соседних молекул расположены уже под некоторым углом (не параллельно), за счет чего вклад контактов H/#H уменьшается.
Более чувствительным к полиморфным превращениям является угол водородной связи N-H/N. Из рис. 2 видно, что наиболее «податливым» к действию давления является полиморф β, т. к. угол водородной связи в его структурах монотонно уменьшается.
Рис. 2. Зависимость изменения угла водородной связи N···H–N от величины внешнего давления
Также была выявлена зависимость изменения угла N···H–N в упрощенных структурах бензимидазола, которая наглядно иллюстрирует характер изменения упаковки молекул от величины внешнего давления (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость изменения угла N···H–N в упрощенной структуре от величины внешнего давления
Вывод. Установлено влияние особенностей межмолекулярных взаимодействий на упаковку молекул бензимидазола в кристаллах. В рамках терминов стереоатомной модели строения кристаллов описана зависимость характера изменения водородного связывания N-H···N от величины внешнего давления, а также показано, что полиморфный переход одной пространственной группы в другую прежде всего связан с изменением характера межмолекулярных взаимодействий, которые количественно можно описать величинами парциальных вкладов Δ, ٪.
作者简介
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
编辑信件的主要联系方式.
Email: annagavrilenok5@yandex.ru
студентка, группа 4301-040501D, факультет фундаментальной и прикладной химии
俄罗斯联邦, Самара参考
- Радченко Е.В., Палюлин В.А., Зефиров Н.С. Локальные молекулярные характеристики в анализе количественной связи «структура-активность» // Российский химический журнал. 2006. Т. 50, № 2. С. 76–85. EDN: HTUURL
- Zielinski W., Katrusiak A. Hydrogen bonds NH···N in compressed benzimidazole polymorphs // Cryst Growth Des. 2013. Vol. 13, N 2. P. 696–700. doi: 10.1021/cg301374z
- Blatov V.A., Shevchenko A.P., Proserpio D.M. applied topological analysis of crystal structures with the program package ToposPro // Cryst. Growth Des. 2014. Vol.14, N 7. Р. 3576–3586. doi: 10.1021/cg500498k
- Сережкин В.Н., Сережкина Л.Б., Шевченко А.П., Пушкин Д.В. Новый метод анализа межмолекулярных взаимодействий в структуре кристаллов: насыщенные углеводороды // Журнал физической химии. 2005. Т. 79, № 6. С. 1058–1069. EDN: HRZRCL
- Сережкин В.Н., Пушкин Д.В., Сережкина Л.Б. Анализ кристаллических структур конформационных полиморфов при помощи молекулярных полиэдров Вороного–Дирихле // Кристаллография. 2010. Т. 55, № 4. С. 597–605. EDN: MSQJRH
补充文件
