Литература / Albert_Izbiratelnaya_toxichnost_Tom_2_1989

нию, что является характерным для каждого типа азотсодер­

жащих групп. Положение сигналов в спектрах ЯМР 15 N часто значительно более чувствительно к изменению растворителя (по сравнению с сигналами атомов углерода), занимающего

аналогичное положение, что имеет большое значение при ана­

лизе спектра. Спектры часто снимают в воде, диметиJ1сульфокси­ де или трифторэтаноле. Альтернативными вариантами внутрен­

него стандарта являются нитрометан и нитрат-анион. С по­

мощью ЯМР 15 N была уточнена геометрия алкалоидов п

синтетических лекарственных веществ; установлено, что ато11t

азота цис-изомеров больше экранирован по сравнению с транс~

изомерами. Образование N ... Н водородных связей играет важ­

ную роль в связывании лекарственных веществ с рецептором.

Интерпретацию спектров ЯМР 15 N см. Levy, Lichter ( 1979),.

Природное содержание изотопа 31 Р составляет 100%, поэто­

му спектроскопию ЯМР на ядрах 31 Р широко применяют пр.п

исследовании биологических объектов, в том числе и организма человека. Интенсивность сигналов в этих спектрах несколько

ниже, чем в спектрах ЯМР 1 Н и 19 F, но сигналы значительно более четкие. В качестве внутреннего стандарта обычно исполь.­ зуют фосфорную кислоту, а спектр лежит в области от -5 до

+25 м. д. Сигналы фосфатов и фосфолипидов располагаются

около О, нуклеотидов - в области 5-22 м. д., а пирофосфа­ тов - около 12 м. д., т. е. сигналы расположены довольно близ,­

ко друг к другу. Спин-спиновое взаимодействие с атомами во­ дорода очень интенсивно и разнообразно. В качестве раствори­

теля обычно применяют воду. Метод ЯМР 31 Р используют во

многих случаях, в том числе и для изучения фосфорсодержащих

инсектицидов, АТФ и нуклеиновых кислот.

Содержание 19 F также составляет 100%, что позволяет ши­ роко менять этот тип ЯМР-спектроскопии и пользоваться прп

съемке спектра ампулами небольшого диаметра. Положение

сигналов варьируется от 150 до -150 м. д.; за О принимают

сигнал трифторуксусной кислоты. Разрешение в этих спектрах

очень высокое, однако интерпретация сигналов затруднена

вследствие разных эффектов окружения. Метод ЯМР 19 F ис­

пользуют для анализа фторсодержащих соединений, таких как

фторотан, или для анализа «меченных» фтором (например, в виде трифторацетильной группы) лекарственных веществ, обычно его не содержащих.

Г. Релаксационные методы. Эти методы позволяют получить

данные о стереохимии ключевого атома в молекуле посредством

временного ограничения влияния соседних атомов. С помощью

одного из широко используемых методов этого типа определяют

величину Т1 - время спин-решеточной релаксации. Для созда­

ния неравновесного намагничивания (обычно это относится к

СН-rруппам при съемке спектра ЯМР 13 С) используют после­

довательность радиочастотных импульсов. Время, необходимое для восстановления равновесия, может служить мерой динами-

ческих свойс11в лекарственного веще,с11ва в растворе, та-ких как

вращательное движение молекулярного остова или внутреннее

При исследовании СН-групп методом 13 С широко применяют ядерный эффект Оверхаузера. Благодаря этому эффекту интен­

сивность одного сигнала обычно повышается, в то время как сигналы соседних атомов остаются неизменными. Более точные выводы получаются при воздействии на два соседних атома. С помощью этого метода можно получить информацию о моле­ кулярном движении, конформациях больших молекул, например

пептидов, и приблизительно оценить межъядерные расстояния.

Д. Применение ЯМР в биологической и медицинской химии.

В этих областях ЯМР используют, во-первых, для установления конфигурации или даже конформации небольших молекул био­

логически активных веществ в растворе. Много таких задач было решено с помощью уравнения Карплюса, позволяющего

коррелировать константы расщепления между вицинальными

протонами и величины торзионных углов (определение см. в

:разд. 12.3) между различными углерод-водородными плоскостя­

ми [Roberts, 1968]. Так была установлена конформация четырех

изомеров молекулы кокаина (7.11) (Sinnema et al., 1968]. Дру­ гой пример - определение с помощью ЯМР конформации аце­

тилхолина в водном растворе (разд. 12.6.1). Изучение спектров

ЯМР 1 Н и 13 С гипотензивного лекарственного средства капто­ прила (9.50) в воде при различных значениях рН показало, что

это вещество в растворе находится в виде равновесной смеси двух изомеров, представляющих собой разные конформеры по амидной связи. Преобладающей является транс-конформация,

причем ее доля определяется ионизацией как карбокси-, так и

меркаптоrрупп. Карбоксильная группа транс-изомера менее кислая, чем цис-изомера (разница 0,66 единиц рК). По данным спектров было установлено наличие внутримолекулярной водо­ родной связи между амидной карбонильной группой и карбо­

Другие примеры конформационных исследований методом ЯМР

можно найти в работе Casy (1971).

Метод ЯМР применяют также для изучения взаимодействия

низкомолекулярных веществ с биополимерами, причем он наи­

более эффективен среди используемых в этой области других физико-химических методов. В спектре биополимера многие

резонансные сигналы перекрываются, поэтому для получения

четкого спектра приходится использовать особые методы. Так,

можно изменять резонансные частоты, вводя в молекулу или в

среду парамагнитные ионы, например лантаниды (лантан, ев­

ропий), или спиновую метку, представляющую собой стабиль­ ный сводный радикал (например, нитроксил). Применяют так­

же и релаксационный метод (например, с помощью Т1, как

описано выше). Кроме того, можно изменять молекулу лекар• ственного вещества, вводя в нее группы, содержащие 13 С или

19 F. Подробнее об этих методах см. J ardetzky, Roberts ( 1981).

Сп ин - сп ин о в а я ре лак с а ц и я. Адсорбция лекарствен.

ного вещества макромолекулой вызывает уширение сигналов

в определенной части спектра ЯМР агента. Метод спин-спино­ вой релаксации основан на том, что скорость релаксации ( 1/Т2),

а следовательно и ширина ЯМР-сигналов определяется движе­

нием молекулы относительно одной оси. При ограничении дВИ•

жения молекулы время релаксации ядра уменьшается, а шири"

на его сигнала в спектре ЯМР увеличивается. Таким образом~

при связывании молекулы лекарственного вещества с макро~

молекулой происходит уширение линий в ее спектре ЯМР в 100-1000 раз, что в первом приближении пропорциона.'!Ьно увеличению эффективной относительной молекулярной массы. Если в связывании участвует только одна группа молекулы агента, то происходит избирательное уширение сигнала только этой группы, а сигналы несвязанных групп остаются сравни• тельно узкими. Это позволяет определить часть молекулы, свя­

занную с макромолекулой [Jardetzky, Jardetzky, 1962]. Напри,

мер, при связывании атропина (7.16) с ацетилхолинэстеразой происходит уширение сигналов фенильной и N-метильной групп,

т. е. оба конца молекулы прочно связываются с ферментом.

Аналогично было показано, что молекула физостигмина обра.;

зует связи за счет обеих N-метильных групп [Kato, Yung, Ihnat,

дер-ваальсовы, в которых прочность связывания (а также ско­ рость релаксации для связанной молекулы) увеличивается с

возрастанием полярности растворителя и 2) электростатические; для которых справедливо обратное. В качестве примера обра­

зования ван-дер-ваальсовых комплексов можно привести связы­

вание боковых цепей молекулы пенициллина или сульфанил­

амидного остатка с сывороточным альбумином [Fischer, Jardetzky, 1965]; примером электростатического комплекса может

служить соединение производных холина с антихолиновым ан­

тителом. Такое антитело было получено для феноксихолина прк

создании иммунохимической модели холинергических рецепто­

ров. 1( сожалению, избирательность этого антитела оказалась

слишком низкой для выявления различий между агонистами и

антагонистами или между мускариновыми и никотиновыми хо~

линомиметиками [Marlow, Metcalf, Burgen, 1969].

С помощью рассматриваемого метода удобно изучать комп­ лексы обычного типа, для которых константы связывания Ks лежат в пределах 103 -10 5 • Такие комплексы находятся в со­ стоянии быстрого равновесия с исходными компонентами, ско­

С помощью методов ЯМР 1 Н, 13 С и 31 Р была обнаружена

интеркаляция актиномицина (4.38) между пурин-пиримидино­

выми парами дезоксиолиrонуклеозидов по изменению химиче­

ских сдвигов сигналов пурин-пиримидиновых фрагментов, вы­

зываемому полями кольцевых токов ядра феноксазона. Это,

позволило яснее определить структуру интеркалирующих ком­

понентов и подтвердило, что интеркаляция происходит в месте­

центральных пар Г-Ц [Patel, 1974]. Дополнительные данные· были получены при изучении актиномицина, обогащенного 15 N.

[Brown, Shafer, Mirau, 1982].

С помощью спектроскопии 31 Р ЯМР буферных водных раст­

воров дихлордиэтиламида амидофосфорной кислоты (3.39), ак­ тивного продукта метаболизма циклофосфамида (3.38), были.

определены константы скорости первого порядка превращения

соединения (3.39) в азиридиниевый катион (разд. 3.6, т. 1).

Изменение скорости в зависимости от рН указывает на то, что при рН от 7,4 до 6,0 распад соединения (3.39) происходит ВJ

десять раз быстрее. Это позволяет предположить, что повышен­

ная кислотность раковых клеток может обеспечить избиратель­

ность действия препарата [Engle, Zon, Egan, 1979]. Циклофос­

фан в настоящее время выпускают в виде рацемата, однако его

можно разделить на ( +)- и (-)-энантиомеры, хорошо разли­

чаемые в спектрах ЯМР 1 Н или 31 Р в присутствии соединений,

европия. Этот метод обладает некоторыми преимуществами по­

сравнению с традиционными измерениями оптического враще­

ния [Ludeman, Bartlett, Zon, 1979].

При исследовании систем, в которых происходят быстрые

обменные процессы для установления различий между возмож­

ными структурами образующегося комплекса данных ЯМР­

спектроскопии недостаточно. Однако на основании этих данных

можно предположить, какие из ассоциатов предпочтительнее;.

а затем по данным рентгеноструктурного анализа выбрать под­

ходящую [см. обзор Williams, 1977].

Более подробно см. Cohen ( 1980), Campbell, Dobson ( 1979),. Jardetzky, Roberts (1981) и Dweck (1977).

17.4. Поиск литературных данных

Нередко у исследователей возникает вопрос: как отыскать. все, что уже написано о каком-либо лекарственном веществе~

если известно только его название? Начинать следует с триви­

ального названия препарата (например, ацикловир), а не с-­ торгового (зовиракс). Оба эти наименования указаны в Martin-

[Reynolds, 1982], где приводится

также полное химическое наименование, но не дается структур­

ная формула•. Эта фармакопея содержит сведения об области

1 В СССР таким официальным изданием является справочник М. Д. Маш­

конского «Лекарственные средства». -М.: «Медицина», 1985. -Примеч. peiJ',.

)

применения препарата, его побочных эффектах (со ссылками на самые последние источники), дозах, лекарственных формах и синонимах (включая торговые названия). Структурную фор­

мулу можно отыскать в Merck Index ( 1983). В этом справоч­

нике материал расположен не строго в алфавитном порядке,

,однако работу облегчает указатель. Дополнительную информа­

цию о химических свойствах вещества можно получить в Heil~

,bron's Dictionary of Organic Compounds. Словарь состоит из

семи томов, в которых приведены данные о химической струк­ туре, химических свойствах и спектральных характеристиках:

большого числа органических соединений. Существует также

приведены характеристики практически всех препаратов, при~

меняемых в настоящее время в клинике, особое внимание прR, этом уделено их биологической активности. В книге приведены

структурные формулы соединений и рассмотрены физиологиче­

ские, а часто и биохимические аспекты их механизма действия;­

каждому препарату дана относительная оценка с точки зрения

.его эффективности при лечении того или иного заболевания. В Burger's Medicini Chemistry в центре внимания находится

проблема изменения биологического действия при вариации

.заместителей в рядах соединений [Wolff, 1981]. Для ознаком­

.ления с новыми препаратами, предложенными для клиническо­ rо применения, особенно в США, очень полезен ежегодник

Drugs in Current Use and New Drugs.

Многие количественные характеристики биологически актив­ ных соединений можно найти в различных справочниках, либо в компьютерных банках данных. Константы ионизации этих

веществ приведены в книге Albert, Serjeant ( 1984) (некоторые

стях») или указателя химических соединений (по названию или ~эмпирической формуле конкретного вещества). При необходи­

мости предсказания констант ионизации по структурным пара­

фициентов распределения для системы октанол - вода. В книге Hansch и Leo ( 1979) «Константы заместителей для корреляци• ·

онного анализа» особенно полезны две таблицы. Первая -

-4:Заместители в ароматических соединениях» содержит следую~ щую информацию о 166 группировках: 1) гидрофобные n-кон­

станты заместителей; 2) способность заместителя к образова-

нию водородных связей; 3) молекулярная рефракция; 4) зна­

чения полевых и резонансных констант Swain и Lupton;.. 5) ам· и О"п·Константы Гаммета, а также стерические Е5-констан­

ты заместителей для алифатических и ароматических соедине­

ний. Во второй таблице приведены следующие данные для 11()

заместителей в алифатических соединениях: 1) фрагментарные гидрофобные константы; 2) способность заместителя к образо­

нальной Медицинской библиотеки и Службы химической ин­ формации (CIS) под эгидой Национального института здоровья. и Агентства по защите окружающей среды. CIS обладает также мощной поисковой системой SANSS (Структурно-номенклатур­

ная поисковая система), позволяющей очень быстро получить.

сведения о любом из включенных в нее 200 ООО соединений. С ее помощью можно отобрать группу веществ, имеющих такой,

же или такие же структурные параметры, как изучаемое ве­

щество. Поиск ведут по структуре, номеру по регистру Chemical Abstracts (CAS) или названию (полному, тривиальному"

торговому и синонимам) .

Исчерпывающий поиск родственных субструктур можно при­

можно получить и некоторые биологические данные, но, зная

регистрационный номер вещества в CAS, удобнее пользоваться,

системой MEDLARS Национального института здоровья США.

Известны банки данных по секвенированию нуклеиновых кислот­

как в Европе [Walgate, 1982], так и в США [Lewin, 1982]. Банк

данных по кристаллической структуре белков создан Нацио-­

нальной лабораторией Брукхейвен (Нью-Йорк, США).

Многие поисковые системы подобного рода с помощью тер~

миналов можно использовать в разных странах мира. Прш

разумном подходе они экономят время и повышают продуктив­

ность исследований. Их недостаток - тенденция к развитию, поиска на основе подобия структуры, очевидно, что биологиче­ ские свойства веществ существенно зависят от их физических

свойств, а последние могут оказаться идентичными у веществ,

с совершенно разной структурой. В разработанной Службой;

химической информации (CIS) системе LOGP, содержащею данные для большого числа соединений, можно вести поиск коэффициентов распределения для конкретных веществ или Же'!

искать все соединения с заданной величиной log Р. В систему

включены также ссылки на литературные источники.

vol. 299, р. 1373.

Bentley R. Molecular Asymmetry in Biology. 2 vols. - London: Academic Press" 1969.