Расчет квантово-химических параметров ФАВ и определение зависимости "структура-активность" на примере сульфаниламидов
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
В°льгетика в 1899 г., а его антиагрегантное действие было открыто лишь в 1971 г.; и т.д. [1].
5. талидомид, обладающий анксиолитическим и снотворным эффектами, был введен в медицинскую практику в 50-х годах [2]. В начале 60-х годов из-за наличия тератогенности он стал причиной врожденных дефектов у более чем 8000 новорожденных в Европе [3], что привело к запрету на его применение и ужесточению требований к исследованию безопасности лекарственных препаратов вообще. Теперь, сорок лет спустя, талидомид переживает "второе рождение". Он активно испытывается в клинике как потенциальное противоопухолевое и антиметастатическое средство, как препарат для симптоматической терапии СПИДа. Это обусловлено его недавно открытыми антиангиогенным эффектом [4] и антагонистическим действием по отношению к фактору некроза опухоли [5]. В сентябре 1997 года Администрация по лекарствам и пищевым продуктам США даже устроила специальное открытое совещание, посвященное современным оценкам соотношения "польза - риск" при использовании талидомида в медицинской практике.
Если бы можно было предсказать вероятность проявления веществом конкретных видов биологической активности заранее, то его дорогостоящее исследование в эксперименте и клинике проводилось бы более прицельно, и позволило бы выявить многие полезные и побочные эффекты на ранних стадиях изучения препарата.
Основа для такого предсказания известна достаточно давно, и она связана с утверждением: "Биологическая активность вещества является функцией его химической структуры ". Надо "всего лишь" выявить вид этой функции и в дальнейшем "подставить в уравнение" структурную формулу исследуемого вещества, получив в результате прогностическую оценку его биологической активности. В сущности, именно так и поступают в медицинской химии: анализируя химическое строение соединений с известной биологической активностью, выделяют элементы, "ответственные" за проявление/отсутствие того или иного эффектов, и далее "конструируют" молекулы более активных и менее токсичных аналогов. [6]
Рисунок 1.1 Общая структура платформы от гена до прототипа лекарства. Экспериментальные блоки показаны черным цветом, компьютерные белым.
Это положение послужило основанием для выделения у химических соединений определенных факторов (дескрипторов) и установления связи, качественной (SAR) или количественной (QSAR), между ними и биологической активностью соединения. В качестве таких дескрипторов используются различные характеристики молекулы:
1. топологические фрагменты структуры (подструктурные дескрипторы), индексы атомов и связей, каппа - индексы, описывающие форму молекулы, индексы молекулярных связей (MCI);
2. квантовые параметры энергии HOMO (высшей занятой обитали) и LUMO (низшей незанятой обитали), заряды на различных атомах, электронные плотности, поляризуемости;
3. параметры, относящиеся к целой молекуле молярная рефракция, коэффициент распределения октанол - вода.
В данной работе будет рассмотрена возможность проведения анализа структура вещества проявляемая физиологическая активность на примере соединений сульфаниламидного ряда. Сульфаниламиды относятся к лекарственным веществам противостафилакоккового направления бактериостатического принципа действия. Так же они проявляют антидиабетические, диуретические и антисептические свойства. Более подробно сульфаниламиды рассмотрены в главе 3.
Рисунок 1.2 Общая схема стратегии компьютерного конструирования лекарств.
Квантовая механика и статистическая физика в принципе позволяют дать исчерпывающее объяснение любым экспериментальным данным о реакционной способности органических соединений и предсказать возможные направления реакций, а так же виды проявляемой физиологической активности.
В данной работе будет рассмотрена возможность не только расчета параметров соединения, что позволит химикам синтетикам еще до получения конкретного соединения предсказать его физико химические свойства, но и будет предложен метод для расчета физиологической активности соединения. Ни в зарубежной, ни в отечественной литературе эти методы ранее в совокупности не рассматривались, и возможности перехода от одного к другому не исследовались.
Глава 1 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА КОНСТАНТ ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ И ВИДОВ ПРОЯВЛЯЕМОЙ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ
1.1 История развития квантовохимических методов анализа структура вещества проявляемая физиологическая активность
В основе квантовой механики лежит уравнение Шредингера, играющее в ней такую же важную роль, как и уравнения Ньютона в классической механике. Также как и уравнения Ньютона, уравнение Шредингера не выведено ни из какой физической теории, а является постулатом, полученным в результате обобщения опытных фактов.
Для совокупности N взаимодействующих частиц с потенциальной энергией U и массами mk в декартовой системе координат оно имеет вид
где ?(x, y, z, t) волновая функция совокупности координат системы частиц и времени, U оператор потенциальной энергии. Суммирование производится по всем частицам.
Стационарные состояния удовлетворяют не зависящему от времени уравнению Шредингера:
Параметр Е есть собственное значение стационарного уравнения Шредингера. В результате решения стационарного уравнения Шредингера нахо