Термохимия гетероатомных соединений. Теплоты сгорания и образования фосфорилированных аминокислот, белков и ряда производных 3-иминоиндолин-2-она

УДК 541.11

П. А. Гуревич, Л. Ф. Саттарова, Н. Р. Музафаров, Л. И. Лаптева,

А. А. Кулаков, В. И. Босяков, В. А. Сидельникова, В. В. Овчинников

ТЕРМОХИМИЯ ГЕТЕРОАТОМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ И ОБРАЗОВАНИЯ ФОСФОРИЛИРОВАННЫХ АМИНОКИСЛОТ, БЕЛКОВ И РЯДА ПРОИЗВОДНЫХ 3-ИМИНОИНДОЛИН-2-ОНА

Ключевые слова: фосфоаминокислота, белок, энкефалин, изатин, теплота сгорания, теплота образования.

На основании известных энтальпий сгорания в конденсированном состоянии шести аминокислот (глицина, метилглицина, аланина, валина, лейцина и фенилаланина) ранее выведено уравнение АНсг0р(кДж/моль) = 90.3 - 107.7 (N—g), в котором N - число валентных электронов, а g - число неподелённых электронных пар гетероатомов. Это уравнение использовано для расчёта теплот сгорания 4-х О-фосфоаминокислот и 2-х энкефалинов (пентабелков), а также 9-ти п-арил- и карбоксиалкил замещённых иминоизатинов. Применение закона Гесса позволило рассчитать энтальпии образования (АН°06Р) в конденсированной фазе для аминокислот и изатинов.

Keywords: phosphoaminoacid, protein, enkephaline, isatine, heat of combustion, heat offormation.

On the basis of the heats of combustion of six aminoacids in the condensed state (glycine, methylglycine, alanine, valine, leucine and phenylalanine) has been worked up previously the equation AHcomb(kJ/mol) = 90.3 - 107.7 (N - g), in which N is a number of valence electrons and g is the number of lone electron pair of heteroatomes. This equation has been used for the heat of combustion of 4th O-phosphoamonoacids and 2th enkephalines (pentaproteins) and for 9th substituted aminoisatines. The application of Hess low allows to calculate the formation enthalpies (AH°f) in th condensed state of the same aminoacids and isatines.

Ранее [1] нами была установлена зависимость (1) теплот сгорания шести аминокислот (глициа-С!у, метилглицина-МвС!у, аланина-А!а, валина-Уа!, лейцина-Ьвы и фенилаланина-РИв) от числа валентных электронов без учета неподеленных электронных пар гетероатомов различных

функциональных групп

ДНсгор = 90.3 - 107.7

где 90.3 и 107.7 это корреляционные коэффициенты, характеризующие структурно-тепловые вклады в энтальпию сгорания и «чувствительность» последней к общему числу электронов М, из которого вычитается число (д) неподелённых электронных пар гетероатомов в различных функциональных группах: для IV группы Периодической системы элементов (углерод и ниже) д = 0, для V группы (азот и ниже) д = 1, для VI группы (кислород и ниже) д = 2, для VII группы (фтор и ниже) д =3.

В данной публикации мы сообщаем об исследованиях в области термохимии сгорания и образования биологически активных соединений двух типов: А) О-фосфорилированные аминокислоты и пентапептиды (белки-энкефалины) на их основе; Б) Ы-пара-замещенные арил- и Ы-карбоксиалкил-функционализированные иминоизатины.

А. О-Фосфоаминокислоты и энкефалины.

Некоторые белки, такие как казеин и пепсин, содержат фосфор, выделяющийся при их гидролизе в форме неорганического фосфата [2]. Большая часть фосфора связана в белке с некоторыми аминокислотами, такими как Ь-серин и Ь-треонин. Образование таких производных может быть описано общей схемой (уравнение 2), в которой пятиокись

фосфора служит водоотнимающим средством, превращаясь в фосфорную кислоту

НОРСН

По уравнению

ДНсгор = 2ДН° обр.продуктов — 2ДН° обр.реагентов.

Здесь (ДН° обр. продуктов) и (дН обр. реагентов) - энтальпии

образования продуктов и реагентов, соответственно.

Белки присутствуют во всех живых клетках и обладают разнообразным биологическим действием. Например, они могут являться энзимами, генами, вирусами или гормонами, составлять главную часть мышц, кожи и волос. В белке может содержаться различное количество аминокислотных остатков. Простейшим белком, изученным термохимическим методом является (глицил-глицил)глицин (V) [3]. Мы рассчитали по уравнению (1) теплоты сгорания пентапептидов метионин- и тирозин-энкефалинов (VI и VII) (табл. 1).

Таблица 1 - Термохимические данные (кДж/моль) некоторых О-фосфорилированных аминокислоти белков живых организмов в конденсированной фазе при 298 К

а В расчетах учтены вклады ОН, Р(О)(ОН)2, и >Ы-С(О) групп в энкефалинах. б Данные работы [3].

Б. Замещенные иминоизатины. Интерес к подобным соединениям обусловлен высокой профилактической активностью в отношении вирусов кожных заболеваний [4]. Сам изатин является фармакофорной группой и поиск среди его производных биологически активных соединений вполне актуален. Ранее синтезированы производные изатина с пространственно объёмными группами при атомах азота, проявившие высокую биологическую активность [1,5].

В настоящем сообщении приводятся данные по термохимии сгорания и образования М-арил- и Ы-карбоксиалкил-замещенных Ы-иминоизатина (табл. 2). Для расчетов использовано уравнение (1) и уравнение для закона Гесса (3). Есть основания полагать, что биохимическия и фармакологическая активность иминоизатинов (VIII — XVI) может соответствовать различающимся по знаку и величине

теплот образования этих соединений (столбец 6 в табл. 2).

Таблица 2 - Термохимические данные (кДж/моль) функционализированных 3-иминоиндолин-2-онов в конденсированной фазе при 298 К

а В расчетах учтены вклады ОН, СООН, -SO3H и >N-

C(O)групп.

Литература

1. Гуревич П.А. Термохимия гетероатомных соединений. Расчёт энтальпии сгорания и образования функционализированных производных изатина // П.А. Гуревич и др.// Вестник Казан. технол. ун-та - 2011. -Т.14, № 20. -Сс. 7-10.

2. Гринштейн Дж. Химия аминокислот и пептидов / Дж. Гринштейн, М. Виниц. - М.: МИР- 1965.- С. 718-723.

3. Wrede, F. Uber die Bestimmung von Brennungswarten mittels der kalorimetrischen Bombe unter Benutzung des Platinwiderstandsthermometers. Z. Phys. Chem., 1911, S. 8194.

4. Машковский М.Д. Лекарственные средства. Ч. II / М. -Новая волна, 1996. - С. 394-395.

5. Нугуманова Г.Н. Биологическая активность производных

изатина, функционализированного пространственно

затруднёнными фенолами/ Г.Н. Нугуманова и др. //

Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - № 10. - С. 91-95.

е о % Соединение Брутто формула Число электронов а о < а ю о і

о о II II СзH8NO 14 1417.5 175

I 4О 6P ±7.1 6.6

І ±8.8

NH2

O и 20 2063.7 178

II НО2- О C4H10N ±10.3 9.8

OaP ±8.9

N^

42 4433.1 167

III C9H12N ±22.2 3.4

° OaP ±8.4

IV П о 24 2467.3 177

0 C5H10N ±12.3 9.7

{Н02Р— ОН OaP ±8.9

СеНцЫз 30 2976.0 б

V O4 ± 0.9

VI Tyr-Giy-Giy- C27Hз5N 67 14067.3

Phe-Met 5O7S ±70.3

(метионин-

энкефалин)

VII Tyr-Giy-Giy- C28Hз7N 70 14928.9

Phe-Leu 5O7 ±74.6

(лейцин-

энкефалин)

ч е о CJ % Соединение Брутто формула Число электронов го р 0 а! < 1 р б о 0:

0^ 66 7003. -

VII C14H9N3O3 2 207.8

I ±35.0 ±10.4

а?-1 59 6249. 569.7

IX C14H9N2OC i 3 ±31.2 ±28.5

64 6787. 150.5

X СО- C14H10N2O2 8 ±33.9 ±7.5

XI ^^ NH C15H1oN2Oз 66 7003. 2 ±35.0 328.6 ±16.4

СІЇ0" 64 6980. 351.4

XII C15H10N2O4 4 ±34.9 ±17.5

XII I N СН2СООН а> C1зH9NзO 62 6572. 4 ±32.9 170.5 ±8.5

XI 44 4633. 444.6

V C1oH8N2Oз 8 ±23.2 ±22.2

XV 9нз СНСООН 50 5280. 477.7

ON* C11H1oN2Oз 0 ±26.4 ±23.9

XV I а5^ C14H10N2O4 S 58 6141. 6 ±30.7 1398. 7 ±69.9

© П. А. Гуревич - д-р хим. наук, проф. каф. органической химии КНИГУ, petr_gurevich@mail.ru; Л. Ф. Саттарова - канд. хим. наук, ст. науч. сотр. ООО «Поливит», г. Уфа; Н. Р. Музафаров - дир. отдела дистанционного обучения студентов КазГАСУ; Л. И. Лаптева - д-р хим. наук, проф. каф. химии и строит. экологии КазГАСУ; А. А. Кулаков - канд. биол. наук, доц. каф. общей химии и экологии КНИГУ им. А.Н. Туполева; В. И. Босяков - асп. каф. органической химии КНИГУ; В. А. Сидельникова - студ. КНИГУ; В. В. Овчинников - д-р хим. наук, проф. каф. общей химии и экологии КНИГУ им. А.Н. Туполева.