Таутомерия и кислотно-основное равновесие 5-галогеноурацилов в воде и диметилсульфоксиде тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат наук Абдрахимова, Гульназ Салаватовна

• Абдрахимова, Гульназ Салаватовна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Абдрахимова, Гульназ Салаватовна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Биологические свойства 5-галогеноурацилов

1.2 Кето-енольная таутомерия и кислотно-основное равновесие

5-галогеноурацилов

1.2.1 Теоретическое изучение относительной устойчивости таутомеров

5-галогеноурацилов в газовой фазе

1.3 Исследование кето-енольного и кислотно-основного равновесия 5-галогеноурацилов в растворах

1.3.1 Теоретическое изучение таутомерного равновесия

5-галогеноурацилов в растворах

1.3.2 Теоретическое исследование депротонирования производных урацила в водньрс растворах

1.3.3 Экспериментальное исследование таутомерии и кислотно-основного равновесия 5-галогеноурацилов в растворах

1.3.3.1 Электронная и колебательная спектроскопия

1.3.3.2 ЯМР спектроскопия

1.4 Константы депротонирования 5-галогеноурацилов

1.5 Исследование 5-галогеноурацилов в твёрдой фазе

ГЛАВА II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Используемые реагенты

2.2 Квантово-химические расчёты

2.3 Методы анализа

2.3.1 ИК спектроскопия

2.3.2 Электронная спектроскопия

2.3.3 ЯМР спектроскопия

2.3.4 Высокоэффективная жидкостная хроматография

2.4 Методы проведения эксперимента

2.4.1 Приготовление растворов 5-галогеноурацилов для электронной спектроскопии

2.4.2 Приготовление растворов 5-галогеноурацилов для ЯМР спектроскопии

2.4.3 Получение монозамещенных калиевых солей

5-галогеноурацилов

2.4.4 Синтез З-метил-5-фторурацила

2.4.5 Определение констант депротонирования 1-(тетрагидрофуранил-2)-

и З-метил-5-фторурацила в водных растворах

2.4.6 Определение цитотоксической активности 5-галогеноурацилов и их монозамещённых солей

глава iii. обсуждение результатов

3.1 Теоретическое исследование относительной устойчивости таутомеров 5-галогеноурацилов в газовой фазе и в растворах

3.2 Кислотно-основное равновесие 5-галогеноурацилов в кислой водной среде

3.3 Кислотно-основное равновесие 5-галогеноурацилов в щелочной среде

3.3.1 Идентификация структуры монозамещённых калиевых и натриевых солей 5-галогеноурацилов в твёрдой фазе

3.3.2 УФ спектроскопия

3.3.3 ЯМР спектроскопия

3.4 Установление количественного соотношения анионных и молекулярных форм в щелочных растворах 5-галогеноурацилов

3.5 Определение констант депротонирования N(1)- и N(3)- замещённых производных 5-фторурацила

3.6 Цитотоксические свойства 5-галогеноурацилов и их монозамещённых солей

выводы

литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Таутомерия и кислотно-основное равновесие 5-галогеноурацилов в воде и диметилсульфоксиде»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. 5-Галогеноурацилы проявляют широкую фармакологическую активность и находят применение в качестве противоопухолевых, антибактериальных и противовирусных препаратов. 5-Хлор- и 5-бромурацил, могут образовываться эндогенно при воспалительных процессах и способны внедряться в ДНК и РНК, где образуют «ложные» пары оснований с аденином или, находясь в редкой таутомерной или ионной форме, с гуанином. Литературные данные свидетельствуют о том, что факторы, влияющие на механизм кислотно-основного и таутомерного равновесий, имеют решающее значение при возникновении ошибок в репликации ДНК или РНК. В связи с этим важно понимание закономерностей распределения молекулярных и анионных форм 5-галогеноурацилов в конденсированной фазе. Литературные данные о возможных таутомерных формах урацилов в растворах являются противоречивыми. Вопрос о направлении ионизации в молекуле урацилов является спорным из-за наличия нескольких донорных атомов, потенциально способных к протонированию или депротонированию. Поэтому, исследование таутомерного и кислотно-основного равновесия галогенпроизводных урацилов в растворах является актуальным.

Настоящая работа выполнена в рамках приоритетного направления «Живые системы», в соответствии с планом научно-исследовательских работ Института органической химии Уфимского научного центра Российской академии наук по темам «Гомо- и гетерофункциональные соединения в комплексообразовании с металлами и фармаконами» (№ гос. регистрации 0120.0 801446), «Реакционная способность гомо- и гетерофункциональных соединений комплексообразовании металлами и фармаконами» (№ гос. регистрации 01201152187) при финансовой поддержке Программы №1 ОХНМ РАН «Теоретическое и экспериментальное изучение природы химической связи и механизмов важнейших химических реакций и

процессов» и Программы №6 ОХНМ РАН «Химия и физико-химия супрамолекулярных систем и атомных кластеров».

Цель работы. Изучение кислотно-основного равновесия и кето-енольной таутомерии 5-галогеноурацилов в водных растворах и диметилсульфоксиде (ДМСО).

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

- Квантово-химическое изучение относительной устойчивости таутомеров 5-галогеноурацилов в газовой фазе, воде и ДМСО.

- Получение и идентификация солей 5-галогеноурацилов.

- Установление донорных атомов в молекулах 5-галогеноурацилов, участвующих в протонировании и депротонировании

- Определение количественного соотношения анионов в щелочных растворах 5-галогеноурацилов в воде и ДМСО.

Научная новизна и практическая ценность.

Впервые методом TPSSTPSS/6-311+G(d,p) рассчитана относительная устойчивость 5-фторурацила с учётом специфической и неспецифической сольватации в ДМСО. Определена относительная устойчивость 5-фтор-, 5-хлор- и 5-бромурацилов в водных растворах и ДМСО с учётом неспецифической сольватации. Проведена оценка влияния сольватации на относительную устойчивость таутомеров 5-галогеноурацилов.

Показано, что 5-галогеноурацилы в водных растворах в кислой среде в диапазоне рН = 1.8 - 5.6 находятся в дикетоформе, в щелочной среде в диапазоне рН = 5.6-10.2 - в виде смеси двух анионов с депротонированием по N(1) и N(3) положениям пиримидинового кольца, а в щелочных растворах в ДМСО — в виде аниона с депротонированием по N(1) положению пиримидинового кольца. На основании данных УФ и ЯМР спектроскопии, и квантово-химических расчётов предложена схема депротонирования 5-галогеноурацилов в водных растворах и ДМСО. Определено соотношение депротонированных форм 5-фтор-, 5-хлор- и 5-бромурацилов при N(1) и N(3)

положениях в щелочной среде в воде и ДМСО.

6

Впервые определены константы диссоциации 1-(тетрагидрофуранил-2)- и З-метил-5-фторурацилов в водном растворе.

На клеточных культурах НЕК293 проведены сравнительные исследования цитотоксических свойств 5-фтор-, 5-хлор-, 5-бром и 5-йодурацилов и их солей. Предложен возможный механизм, определяющий цитотоксические свойства калиевой соли 5-фторурацила.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждены на X Международной конференции по проблемам сольватации и комплексообразования в растворах (Суздаль, 2007), на XIV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2007» (Москва, 2007), на XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008» (Москва, 2008), на IX Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2008), на XI Молодежной школе-конференции по органической химии (Екатеринбург, 2008), на Международной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Кисловодск, 2009), на XVII Международной конференции по химической термодинамике (Казань, 2009), на VIII Всероссийской конференции с международным участием «Химия и медицина» (Уфа, 2010), на III Международной конференции «Химия гетероциклических соединений» (Москва, 2010), на I Республиканской конференции молодых ученых «Химия в интересах человека» (Уфа, 2011), на XV Молодежной школе-конференции по органической химии (Уфа, 2012), на IX Всероссийской конференции «Химия и медицина» (Уфа, 2013), на кластере конференций по органической химии «ОргХим-2013» (Санкт-Петербург, 2013).

Публикации. По результатам исследований опубликованы 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, и тезисы 13 докладов.

Структура и объём диссертации. Работа изложена на 132 страницах,

содержит 33 рисунка, 28 таблиц, библиографию из 147 наименований.

7

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка литературы.

Автор выражает глубокую благодарность д.х.н., профессору Муринову Ю.И., д.х.н., профессору Хурсану С.Л., д.б.н. Вахитовой Ю.В., К.Х.Н., см. с. Спирихину Л.В., ы* 9 ы, с. Лобову А.Н., К.ХМ., н, с. Овчинникову М.Ю., к.х.н. Хамитову Э.М., к.б.н. Салимгареевой М.Х. за научные консультации, помощь и поддержку, оказанные при выполнении работы.

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Биологические свойства 5-галогеноурацилов

5-галогеноурацилы являются аналогами оснований нуклеиновых кислот урацила и тимина. В ряде работ [1,2] было показано, что 5-хлор- и 5-бромурацил могут образоваться in vitro и in vivo в результате деятельности ферментов миелопероксидазы [3] и эозинофилпероксидазы [4] в воспаленных тканях. Анализ образцов тканей, взятых у пациентов, страдающих различными инфекционными заболеваниями, с использованием обращённо-фазовой ВЭЖХ, газовой хроматомасс-спектрометрии и ЯМР спектроскопии показал, что в образцах содержалось 0.7 - 36 мкмоль 5-хлорурацила/моль урацила и 3.9 - 59 мкмоль 5-бромурацила/моль урацила [1].

Внедрение 5-галогеноурацилов в ДНК было показано в исследованиях [5-9] в различных системах (растениях, бактериях, бактериофагах, клетках млекопитающих). 5-Галогеноурацилы, являясь аналогами тимина, образуют пару с аденином (Hal - галоген):

Электроноакцепторный заместитель (фтор, хлор, бром, йод) в 5-м положении урацильного кольца увеличивает вероятность образования редкой таутомерной или анионной формы. В результате 5-галогеноурацилы, как и тимин, могут образовывать пару не только с аденином (А), но и с гуанином (Г). Олигонуклеотиды, содержащие пары 5-галогеноурацил-А и 5-галогеноурацил-Г оказались нестабильны [10-16]. Повышение рН в растворах олигонуклеотидных цепочек, содержащих 5-хлор- и 5-бромурацил, приводило к повышенному образованию пар 5-хлорурацил-Г и 5-бромурацил-Г [14, 17].

Нарушение принципа комплементарности при образовании «ложных» пар 5-галогеноурацилов с гуанином приводят к возникновению точечных

9

мутаций, появляющихся в результате ошибки включения во время редупликации и ошибки редупликации [18, 19].

Существуют различные модели, объясняющие образование «ложных» пар оснований с участием 5-галогеноурацилов. Согласно модели, впервые предложенной Уотсоном и Криком [20] и разработанной далее в работе [21], наличие галогена в пятом положении увеличивает содержание редкой енольной формы, которая может образовывать «неправильную» пару с Г без искажения геометрии Уотсона-Крика (рис. 1.1).

На1

I Я

Н

Рисунок 1.1- Таутомерная модель образования ошибочных пар

оснований

Теоретические [22-26] исследования процесса таутомеризации согласуются с данным механизмом мутагенности 5-галогеноурацилов.

Другая модель была предложена в работе [27]. Используя спектроскопические методы, авторами было определено, что при нейтральном рН 7.4% 5-бромуридина будет находиться в анионной форме, в то время как тимидин будет ионизирован лишь на 0.16%. Авторы предположили модель образования «ложных» пар оснований, согласно которой анионная форма 5-галогеноурацила образует две водородные связи с Г без нарушения геометрии Уотсона-Крика (рис. 1.2). Результаты исследований пар 5-бромурацила и 5-фторурацила с А и с Г методами 'Н и ЯМР спектроскопии [28-30] подтвердили, что галогеноурацил в данных парах находится в ионной (анионной) форме. Однако данный механизм вызывает сомнения, так как при тех расстояниях между основаниями,

которые обычно имеют место в структуре ДНК, эти пары существуют в виде непланарной структуры, что препятствует внедрению оснований в ДНК [31].

На1

Третья модель образования «ошибочных» пар [31] оснований предполагает, что пара 5-галогеноурацил-Г находится в равновесной конформации (рис. 1.3) и является более стабильной, чем пара Т-Г, т.к. происходит усиление стэкингового взаимодействия оснований вследствие присутствия галогена в пятом положении пиримидинового кольца. Данная модель удовлетворительно согласуется с данными РСА [32] дуплексов, содержащих галогеноурацилы. Однако образование водородных связей не должно зависеть от присутствия или отсутствия галогена. Поэтому этот механизм является спорным.

I я

н

Рисунок 1.2 - Ионизационная модель образования ошибочных пар

оснований

На1

О. О

I К

Н

Рисунок 1.3 - Равновесная модель образования ошибочных пар

оснований

Внедрение 5-фторурацила и 5-йодурацила в ДНК приводит к ингибированию синтеза ДНК и к появлению одноцепочечных и двуцепочечных разрывов. [7, 33], которые являются одними из наиболее частых и летальных повреждений ДНК. Внедрение 5-хлорурацила индуцирует процессы старения и увеличивает частоту обмена сестринских хроматид [34]. Присутствие 5-бромурацила приводит к появлению так называемых «ломких» сайтов и хромосомных аберраций [6] с летальными последствиями для клетки.

5-Фторурацил, в отличие от других 5-галогеноурацилов, активно внедряется во все типы РНК, что может приводить к таким последствиям, как ингибирование превращения высокомолекулярных РНК в низкомолекулярные ядерные РНК, изменение вторичной структуры РНК [7] и ингибирование ферментов [5, 7].

Вышеперечисленные свойства 5-галогеноурацилов находят широкое применение в медицине. 5-Фторурацил и его производные используются при лечении рака толстой и прямой кишки, молочной железы, пищевода, желудка, поджелудочной железы, яичников, шейки матки, мочевого пузыря, предстательной железы, надпочечников, кожи, злокачественных опухолей головы и шеи, первичного рака печени, карциноид [35].

5-Йодурацил и его производные обладают противоопухолевой активностью. Недавние клинические исследования 5-йоддезоксиуридина дали положительные результаты на некоторых опухолях в I и II фазах испытаний [33, 36]. Противоопухолевой активностью обладают и многие N(1)- и К(3)-замещенные производные 5-йодурацила [37] и его комплексы с Al(III), Cr(III), Fe(III) [38], Mn(II), Co(II), Cu(II), Zn(II) и Cd(II) [39].

Кроме того, 5-йодурацил широко используется для получения противовирусных и противомикробных лекарственных препаратов. Его производное, 5-йод-2'-дезоксиуридин оказался особенно активен против вирусов псевдобешенства, осповакцины и простого герпеса (Herpes Simplex) [40]. Недавно были синтезированы производные 5-йоддезоксиуридина,

12

обладающие высокой активностью против цитомегаловируса [41]. Высокую селективность по отношению к вирусу простого герпеса показали нуклеозидные аналоги 5-йодурацила [42, 43], а 1-(2'-дезокси-2'-фтор-р-0-арабинофуранозил)-5-йодурацил используется при лечении заболеваний, вызванных вирусом гепатита В [44].

Таким образом, 5-галогеноурацилы обладают широким спектром биологических свойств, основанных на их способности внедряться в ДНК и РНК, где они могут образовать «ложные» пары оснований с аденином или, находясь в редкой таутомерной или ионной форме, с гуанином.

1.2 Кето-енольная таутомерия и кислотно-основное равновесие

5-галогеноурацилов

5-Галогеноурацилы теоретически могут существовать в шести таутомерных формах: одной дикето- (А), четырех кето-енольных (В, С, Б и Е) и одной диенольной (Е):

ООО

I

н

D Е F

Рисунок 1.4 - Возможные таутомеры 5-галогеноурацилов (Hal = F — 5-фторурацил, Hal = С1 - 5-хлорурацил, Hal = Br - 5-бромурацил и

Hal = I - 5-йодурацил)

На данный момент не существует общепринятой номенклатуры,

которая однозначно описывает каждую таутомерную форму урацила и его

13

производных с учётом возможных конформаций. Различные обозначения молекулярных и ионизированных форм производных урацила, часто противоречащих друг другу, затрудняют анализ литературных данных. Например, в работе [45] используются обозначения вида иЗо41, где первая цифра обозначает номер депротонированного атома 14, вторая указывает на енольную форму при четвёртом атоме С, а буква показывает ориентацию енольной группы. В работе [46] принимаются обозначения вида 3,42 -и с аналогичным смыслом, но ориентация показывается цифрой в индексе. Встречаются и обозначения наподобие 04с [30], то есть без указания депротонированного атома >1, при этом некоторые таутомеры будут иметь одинаковые обозначения. Часто в работах обозначают таутомерные формы числами или буквами в порядке убывания относительной устойчивости [4750]. Наиболее логичный и удобный способ, на наш взгляд, обозначения таутомерных форм предложен в работе [51], использующими обозначения вида 5С111-в/, где после сокращенного названия производного урацила следует буквенное обозначение таутомерной формы. Соотнесение между буквой обозначения и строением таутомера не зависит от его относительной устойчивости и выглядит следующим образом: 2,4-диоксо таутомер обозначается как А, 2-гидрокси-4-оксо таутомер с N(1) в иминной форме — в, 2-гидрокси-4-оксо таутомер с N(1) в аминной форме - С, 2-оксо-4-гидрокси таутомер с N(3) в иминной форме - Б, 2,4-дигидрокси таутомер - Е, 2-оксо-4-гидрокси таутомер с N(3) в аминной форме - Р (рис. 1.5). Буквы г и / показывают ориентацию енольной группы в плоскости кольца по часовой и против часовой стрелки, соответственно:

В случае диенольной формы для обозначения ориентации используются сразу две буквы, например 5C1U-FW, при этом порядок букв обусловлен возрастанием номера атома углерода, несущего гидроксильную группу. Поскольку обычно рассматривается только наиболее выгодный конформер, то последнюю букву в обозначении можно опустить.

В водных растворах 5-галогеноурацилов в диапазоне рН = 7-13 происходит депротонирование, так как производные урацила являются слабыми двухосновными кислотами [52-54]. Данные по механизмам ионизации 5-галогеноурацилов являются весьма противоречивыми, так как вследствие возможности существования таутомерных форм в молекуле урацилов имеются несколько участков, где возможно депртонирование и протонирование. Депротонирование по атомам N(1) или N(3) происходит с образованием соответствующих анионов AN1 и AN3:

Hal

-Н

Hal

В работах [55-57] предполагается депротонирование по гидроксильным группам енольных форм с образованием следующих анионов:

На1

Н

Н

А02

+

А04

x

Исследованию кето-енольной таутомерии и кислотно-основного равновесия 5-галогеноурацилов посвящено большое количество экспериментальных [58-69] и теоретических работ [48, 51, 57, 60, 70-73]. В твердой фазе структура галогенпроизводных урацила установлена методами ИК спектроскопии и рентгеноструктурного анализа (РСА) [74-86], в газовой фазе - методами квантовой химии [26, 48, 70-73]. Описание таутомерного равновесия в водных растворах является противоречивым. Большинство теоретических и экспериментальных работ свидетельствуют об ионизации 5-галогеноурацилов, однако они не исключают возможности существования таутомерных форм.

Квантово-химические расчёты 5-галогеноурацилов в газовой фазе включают в себя два аспекта. Первый из них касается определения физико-химических свойств молекулярных форм (т.е. УФ поглощения, дипольных моментов, химических сдвигов ЯМР и т.д.). Используя либо полуэмпирические, либо неэмпирические квантово-химические методы расчёта, можно определить физико-химические параметры, согласующиеся с экспериментальными данными. Подобные работы будут обсуждаться в следующем разделе. Второй аспект касается определения относительной стабильности таутомеров и констант таутомеризации в газовой фазе,

1.2.1 Теоретическое изучение относительной устойчивости таутомеров 5-галогеноурацилов в газовой фазе

определение влияния заместителя на смещение таутомерного равновесия и оценку стабильности таутомеров и анионов в растворе.

В этом плане наиболее изученным в ряду 5-галогеноурацилов является 5-фторурацил. В работе [73] различными расчётными методами были определены относительные ряды устойчивости таутомеров А-Р (рис. 1.5) в газовой фазе. Относительные энергии (по сравнению с самой стабильной формой) для каждого таутомера приведены в табл. 1.1. Согласно данным расчётам наиболее устойчивой формой 5-фторурацила является дикето-таутомер А, второй по устойчивости является структура В.

Таблица 1.1 - Относительная устойчивость АЕ (кДж/моль) таутомеров

5-галогеноурацилов в газовой фазе

Метод расчета R АЕ, кДж/моль

A в С D E F Лит-ра

HF/6-31G** F 0 42.0 77.5 61.2 63.3 97.2 [73]

HF/6-31+G** F 0 42.0 73.3 60.0 62.0 95.5 [73]

B3LYP/6-31+G** F 0 38.4 71.5 52.7 59.7 85.1 [73]

MP2/6-31+G** F 0 34.8 68.7 52.2 49.5 87.4 [73]

SCF/DZP F 0 29.3 - 51.8 - - [711

HF/6-31+G(d,p) F 0 40.4 73.3 60.0 48.5 95.5 [48]

МР2/6-31+G(d,p) F 0 35.8 68.4 52.5 39.9 87.9 [48]

B3LYP/6-311++G(3df,pd)+ZPE F 0 38.5 68.6 51.3 48.5 82.5 [70]

B3LYP/6-311++G(3df,pd)+ZPE CI 0 40.3 71.8 50.2 49.2 74.7 [70]

RI-MP2/cc-pVTZ Br 0 35.8 68.4 48.3 36.1 74.9 [26]

full MP2/cc-pVTZ Br 0 35.8 68.4 48.3 36.1 74.5 [261

B3LYP/6-311++G(3df,pd)+ZPE Br 0 40.7 72.1 49.9 49.3 73.3 [70]

B3LYP/DGDZVP+ZPE Br 0 42.8 77.7 54.6 55.6 78.3 [701

MP2/6-31+G* *+ZPE Br 0 40.2 74.1 54.7 45.4 78.1 [70]

B3LYP/6-311++G(3df,pd)+ZPE I 0 43.8 78.0 54.8 56.8 78.7 [70]

В более ранней работе [71] авторы с использованием теории возмущений исследовали стабильность таутомеров 5-фторурацила. Они

определили три наиболее стабильные формы А, В и Б (табл. 1.1). Согласно их расчётам наиболее устойчивым также является дикето-таутомер, а таутомеры В и О соответственно на 29.3 и 51.8 кДж/моль менее выгодны.

В работе [48] были проведены неэмпирические расчёты 13 конформеров для шести возможных таутомеров 5-фторурацила (рис. 1.6). Под структурами приведена разность энергий (АЕ, кДж/моль) данного конформера по отношению к самой устойчивой форме (А), рассчитанной методом Ш76-31+0(с1,р). При определении ряда устойчивости обычно для каждого таутомера приводят относительные энергии самого стабильного конформера. Выбранные таким образом данные для каждого таутомера приведены также в табл. 1.1. Как и в предыдущих работах, наиболее стабильной является дикетоформа А, следующими по стабильности идут 2-гидрокси-4-оксо-форма В, 2-гидрокси-4-гидрокси-форма Е и 2-оксо-4-гидрокси-форма Б. Таутомеры С и Г более чем на 60 кДж/моль менее устойчивы, чем таутомер А.

, ^ .На1

На!=Е На!=Вг

О О

40.40 16.48

С/

На1

i

н н

х^На!

На1=Е 73.30 На1=Вг 16.36

122.80 26.53

Е гг

Н.

ЕН

На1

N

х^На!

О N

Н.

На!=Е На1=Вг

48.49 8.63

О N

53.93 9.76

¥1 Н.

На!

СГ N

Н^^На.

9 н

80.16 8.57

На!

59.96 11.55

На!

61.76

10.77

80.67 15.38

Е И Н

N

х^На!

9

Н

14'

62.00 10.81

На1=Е На!=Вг

95.48 17.91

120.04 24.03

Рисунок 1.5 - Относительные энергии (АЕ, кДж/моль) конформеров таутомеров 5-фторурацила (На1=Р) и 5-бромурацила (На1=Вг) в газовой фазе

В этой же работе была рассчитана устойчивость таутомеров 5-фторурацила с использованием теории возмущений 2-го порядка. Если сравнить результаты, полученные при расчётах этими двумя методами, можно сделать вывод, что усовершенствование метода расчёта уменьшает

энергетическую разницу между таутомерами, однако это не влияет на ряд устойчивости таутомерных форм.

Энергии и геометрические параметры конформеров таутомерных форм 5-бромурацила были рассчитаны с использованием метода М-МР2 и базисного набора сс-рУТ2 (рис. 1.5) [26]. По теоретическим данным видно, что енольные и диенольные формы существенно менее стабильны (на 38-113 кДж/моль), чем каноническая дикетоформа.

Относительные энергии устойчивости всех четырёх 5-галогеноурацилов установлены в работе [70] с использованием нескольких методов расчёта (табл. 1.1). Наиболее стабильной для всех 5-галогеноурацилов является дикетоформа А. Вторым по стабильности идет таутомер В, причём его стабильность убывает от 5-фторурацила к 5-йодурацилу. Таутомеры Б и Е очень близки по энергии. Однако в ряду 5-фторурацил - 5-бромурацил форма Е более стабильна, чем Б.

Таким образом, данные теоретических расчётов для 5-галогеноурацилов показывают, что в газовой фазе наиболее устойчивым является дикето-таутомер А. Полученные данные свидетельствуют о том, что стабильность таутомеров чувствительна и к базисному набору, и к используемому теоретическому методу.

1.3 Исследование кето-енольного и кислотно-основного равновесия 5-галогеноурацилов в растворах

Вода является наиболее важной средой для производных урацила, так как она не только взаимодействует с растворёнными молекулами, но и выполняет ряд важнейших функций, связанных с процессами самоорганизации и стабилизации структуры ДНК и РНК. Изменение рН среды может приводить к образованию других молекулярных форм (таутомеров), а также катионов и анионов 5-галогеноурацилов.

1.3.1 Теоретическое изучение таутомерного равновесия 5-галогеноурацилов в растворах

В последнее время опубликовано множество работ по теоретическому исследованию таутомерного равновесия 5-галогеноурацилов в растворах, где имитация среды осуществлялась либо путём моделирования кластеров 5-галогеноурацилов с молекулами растворителя (специфическая сольватация), либо путём рассмотрения растворителя как поляризованного континуума (неспецифическая сольватация). Если в газовой фазе определялась лишь относительная стабильность таутомеров, то в водных растворах были предприняты попытки смоделировать таутомерное равновесие.

Влияние растворителя, особенно воды, на таутомерное равновесие 5-фторурацила было исследовано в работах [72, 73] в рамках теории самосогласованного реакционного поля, основанной на модели Онзагера. В работе [72] авторы пришли к выводу, что присутствие воды не влияет на относительную стабильность таутомеров, полученную в газовой фазе. В работе [73] исследовалось не только влияние воды на относительную стабильность таутомера, но и 1,4-диоксана (табл. 1.2). Вклад взаимодействий «растворённое вещество-растворитель» оценивался также с использованием метода самосогласованного реакционного поля. Разница в стабильности относительно других таутомеров настолько велика, что с уверенностью можно утверждать, что дикето-таутомер А единственный возможный таутомер в данных растворителях. В водном растворе устойчивость таутомеров убывает в ряду А»В>С>В>Е»Г. В растворе 1,4-диоксана разные методы дают противоречивые результаты: если во всех методах вторым по устойчивости является таутомер В, то следующие три таутомера, в зависимости от метода расчёта, обладают различной стабильностью. Результаты расчётов, проведенных авторами, показали, что при выборе такого метода учёта растворителя сольватация несильно влияет на стабильность таутомеров 5-фторурацила. Однако известно, что теория реакционного поля применима лишь к тем растворителям, для которых

21

нехарактерны специфические взаимодействия, такие как образование водородной связи, с молекулами растворённого вещества. Кроме того, данный метод практически не учитывает корреляционную энергию электронов, что особенно важно при расчётах энергии.

Таблица 1.2 - Относительная устойчивость таутомеров

5-фторурацила в растворах

Метод расчета АЕ, кДж/моль

А в С И Е Лит-ра

1,4-диоксан

№/6-31 в** 0 39.6 66.9 61.9 66.3 92.2 [72]

Ш76-31+0** 0 39.4 63.4 61.0 65.6 90.4 [72]

ВЗЬУР/6-31+0** 0 37.7 62.4 53.9 63.1 80.3 [72]

МР2/6-31+0** 0 34.4 60.6 52.9 51.7 82.5 [72]

Вода

ОТ/б-ЗШ** 0 39.5 52.7 63.3 70.7 84.1 [721

Ш76-31+0** 0 37.4 47.1 62.6 71.0 82.0 [721

ВЗЬУР/6-31+0** 0 36.0 47.1 56.0 68.2 71.6 [72]

МР2/6-ЗИ<5** 0 33.6 47.9 54.0 54.9 74.8 [72]

Ш76-31+0(с1,р) 0 38.6 - 47.3 51.7 - [481

МР2/6-31+С(с1,р) 0 31.0 - 37.3 39.2 - [49]

РСМ/МР2/6-31+С(с1,р) 0 35.4 - 35.7 - - [49]

Для исследования взаимодействия таутомеров 5-фторурацила с тремя молекулами воды проводились неэмпирические расчёты с использованием теории возмущения многих тел [48]. Авторы предположили, что молекулы воды присоединяются к 5-фторурацилу посредством гидратированного комплекса, в котором две молекулы воды расположены между группами N-11 и С=0, а третья молекула воды - между С(5)-Р и С(6)-Н. Величины относительных энергий, полученные для комплексов четырёх наиболее стабильных таутомеров, приведены в табл. 1.2 (строки 9-11). При комплексообразовании с молекулами воды по сравнению с газовой фазой ряд стабильности таутомеров 5-фторурацила меняется: таутомер Б становится более устойчивым, чем Е.

В работе [48] исследовался механизм таутомерных перегруппировок для двух наиболее стабильных таутомеров В и Б:

А+ЗН20->Т8(А^В)+ЗН20->В+ЗН20 А+ЗН20->Т8(А^)+ЗН20-»0+ЗН20, где ТБ - переходные состояния для каждого из процессов. Структуры переходных комплексов были оптимизированы методом МР2/6-31+0(с1,р). Авторы предположили, что молекулы растворителя участвуют в процессе переноса протона, т.е. молекулы воды могут выступать в качестве акцепторов протонов донорных групп молекул растворенного вещества и переносить протоны к их акцепторным группам. При этом существенно снижаются энергетические барьеры реакций, связанных с переносом протонов. Для каждого процесса таутомеризации методами МР4/6-31+С(с1,р) и МР4/6-31 ++в(с1,р) были рассчитаны энергетические барьеры, энергии активации и константы скорости реакций и таутомерного равновесия. Согласно величинам констант скоростей процесс таутомеризации может происходить через перенос протона с участием молекул воды, хотя и медленно (к переноса протона с участием молекул воды 10"4 - 10"7 > к прямого переноса протона 10"21 - 10"24). Таким образом, константа прямой реакции достаточно велика, чтобы генерировались концентрации редких таутомерных форм, достаточные для индуцирования точечных мутаций.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Абдрахимова, Гульназ Салаватовна, 2014 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Henderson J.P., Byun J., Takeshita J., Heinecke J.W. Phagocytes produce 5-chlorouracil and 5-bromouracil, two mutagenic products of myeloperoxidase, in human inflammatory tissue // J. Biol. Chem. - 2003. - V. 278, №. 26.-P. 23522-23528.

2. Takeshita J., Byun J., Nhan T.Q., Pritchard D.K., Pennathur S., Scwartz S.M., Chait A., Heinecke J.W. Myeloperoxidase generates 5-chlorouracil in Human atherosclerotic tissue. A potential pathway for somatic mutagenesis by macrophages // J. Biol. Chem. - 2006. - V. 281, №. 6. - P. 3096-3104.

3. Henderson J.P., Heinecke J.W. Myeloperoxidase and eosinophil peroxidase: phagocyte enzymes for halogenation in humans // The handbook of Environ. Chem. - 2003.- V. 3. - P. 201-214.

4. Henderson J.P., Byun J., Mueller D.M., Heinecke J.W. The eosinophil peroxidase-hydrogen peroxide-bromide system of human eosinophils generates 5-bromouracil, a mutagenic thymine analogue // Biochemistry. - 2001. - V. 40, №. 7.-P. 2052-2059.

5. Grem L.L. 5-fluorouracil: forty-plus and still ticking. A review of its preclinical and clinical development // Investigational New Drugs. - 2000 - V. 18, №. 4.-P. 299-313.

6. Lasken R.S., Goodman M.F. The biochemical basis of 5-bromouracil-induced mutagenesis. Heteroduplex base mispairs involving bromouracil in GxC— -AxT and AxT—GxC mutational pathways // J. Biol. Chem. - 1984. - V. 259, №. 18.-P. 11491-11495.

7. Morris S.M. The genetic toxicology of 5-fluoropyrimidines and 5-chlorouracil // Mut. Res. - 1993. - V. 297. - P. 39-51.

8. Porter D.J., Chestnut W.G., Taylor L.C., Merril B.M., Spector T. Inactivation of dihydropyrimidine dehydrogenase by 5-iodouracil // JBC. - 1991. — V. 266, № 30. - P. 19988-19994.

9. Vora M. R., Tamhane D.V. Metabolic studies with neuspora: action of 5-bromo- and 5-nitrouracils // Archives of Microbiology. - 1966. - V. 54, № 3. - P. 237-245.

10. Boisdron-Celle M., Remaud G., Traore S., Poirier A.L., Gamelin L., Morel A., Gamelin E. 5-Fluorouracil-related severe toxicity: A comparison of different methods for the pretherapeutic detection of dihydropyrimidine dehydrogenase deficiency // Cancer Letters. - 2007. - V. 249. - P. 271-282.

11. Ferrer E., Wiersma M., Kazimierczak B., Muller C.W., Eritja R. Preparation and properties of oligodeoxynucleotides containing 5-iodouracil and 5-bromo- and 5-iodocytosine // Bioconjugate Chem. - 1997. - V. 8, № 5. - P. 757761.

12. Parker J.B., Stivers J.T. Dynamics of uracil and 5-fluorouracil in DNA // Biochemistry. - 2011. - V. 50, № 5. - P. 612-617.

13. Sowers L.C., Goodman M.F., Eritja R., Kaplan B., Fazakerley G.V. Ionized and Wobble Base-pairing for Bromouracil-Guanine in Equilibrium under Physiological Conditions. A Nuclear Magnetic Resonance Study on an Oligonucleotide Containing a Bromouracil-Guanine Base-pair as a Function of pH // J. Mol. Biol. - 1989. - V. 205. - P. 437-447.

14. Theruvarhu J.A., Kim C.H., Darwanto A., Neidigh J.W., Sowers L.C. pH-dependent configurations of a 5-chlorouracil-guanine base pair // Biochemistry. - 2009. - V. 48, № 47. _ p. 11312-11318.

15. Willmore E., Durkacz B.W. Cytotoxic mechanisms of 5-fluoropyrimidines: Relationship with poly(ADP-ribose) polymerase activity, DNA strand breakage and incorporation into nucleic acids // Biochem. Pharmacol. -1993. - V. 46, № 2. - P. 205-211.

16. Theruvathu J.A., Kim C.H., Rogstad D.K., Neidigh J.W., Sowers L.C. Base pairing configuration and stability of an oligonucleotide duplex containing a 5-chlorouracil-adenine base pair // Biochemistry. - 2009. - V. 48, № 31. - P. 37539-37546.

17. Driggers P. H., Beattie K.L. Effect of pH on the base-mispairing properties of 5-bromouracil during DNA synthesis // Biochemistry. - 1988. - V. 27, №5.-P. 1729-1735.

18. Benzer S., Freese E. Induction of specific mutations with 5-bromouracil // Biochemistry. - 1958. - V. 44. - P. 112-119.

19. Рыбакова К.Д., Мутации и причины их возникновения - М.: Наука, 1971.-С 4-19.

20. Watson J.D., Crick F.H.C. Genetical implication of the structure of deoxyribonucleic acid // Nature. - 1953. - V. 171, № 4361. - P. 964-966.

21. Topal M.D., Fresco J.R. Complementary base pairing and the origin of substitution mutations // Nature. - 1976. - V. 263. - P. 285-289.

22. van Mourik Т., Danilov V.I., Dailidonis V.V., Kurita N., Wakabayashi H., Tsukamoto T. A DFT study of uracil and 5-bromouracil in nanodroplets // Theor. Chem. Acc. - 2010. - V. 125. - P. 233-244.

23. Ни X., Li H., Zhang L., Han S. Tautomerism of uracil and 5-bromouracil in a microcosmic environment with water and metal ions. What roles do metal ions play? // J. Phys. Chem. B. - 2007. - V. 111, № 31. - P. 9347-9354.

24. Ни X., Li X., Ding J., Han S. Mutagenic mechanism of A-T to G-C transition induced by 5-bromouracil: an ab Initio Study // Biochemistry. - 2004. -V. 43, №21. -P. 6361-6369.

25. Ни X., Li H., Liang W. Reaction mechanism of uracil bromination by HBrO: a new way to generate the enol-keto form of 5-bromouracil // J. Phys. Chem. A.-2006.-V. 110, №38.-P. 11188-11193.

26. Hanus M., Kabelac M., Nachtigallova D., Hobza P. Mutagenic properties of 5-halogenuracils: correlated quantum chemical ab initio study // Biochemistry. - 2005. - V. 44, № 5. - P. 1701-1707.

27. Lawley P.D., Brookes P.D. Ionization of deoxyribonucleic acid (DNA) bases or base analogs as a possible explanation of mutagenesis, with special reference to 5-bromodeoxyuridine // J. Mol. Biol. - 1962. - V. 4. - P. 216-219.

28. Yu H., Eritja R., Bloom L.B., Goodman M.F. Ionization of Bromouracil and fluorouracil stimulates base mispairing frequencies with guanine // J. Biol. Chem. - 1993. - V. 268. - P. 15935-15943.

29. Sowers L.C., Eritja R., Kaplan,B., Goodman M.F., Fazarkerly G.V. Equilibrium between a wobble and ionized base pair formed between fluorouracil and guanine in DNA as studied by proton and fluorine NMR // J. Biol. Chem. -1998.-V. 263.-P. 14794-14801.

30. Orozco M., Hernandez B., Javier Laque F. Tautomerism of 1-methyl derivatives of uracil, thymine, and 5-bromouracil. Is tautomerism the basis for the mutagencity of 5-bromouridine? // J. Phys. Chem. A. - 1998. - V. 102. - P. 52285233.

31. Patel D.J., Kozlowski S.A., Marky L.A., Rice J.A., Broka C., Dallas J., Itakura K., Breslauer K.J. Structure, dynamics, and energetics of deoxyguanosine thymidine wobble base pair formation in the self-complementary d( CGTGAATTCGCG) duplex in solution // Biochemistry. - 1982. - V. 21. - P. 437444.

32. von Borstel R.C. Origins of spontaneous base substitutions // Mutat. Res. - 1993. - V. 307.-P. 131-140.

33. Taverna P., Hwang H.-S., Shupp J.E., Radiovoyevitch T., Session N.N., Reddy G., Zarling D.A., Kinsela T.J. Inhibition of base repair potentiates iododeoxyuridine-induced cytotoxicity and radiosensitization // Cancer Res. -2003.-V. 63.-P. 838-846.

34. O'Neill J. P., Heartlein M.W., Preston R. J. Sister-chromatid exchanges and gene mutations are induced by the replication of 5-bromo- and 5-chlorodeoxyuridine substituted DNA // Mutat. Res. - 1983. - V. 109. - P. 259-270.

35. Parker W.B., Cheng Y.C. Metabolism and mechanism of action of 5-fluorouracil // Pharmac. Ther. - 1990. - V. 48. - P. 381-395.

36. Turner D. P., Cortellino S., Schupp J. E., Caretti E., Loh T., Kinsella T. J., Bellacosa A. The DNA N-glycosylase MED1 exhibits preference for

halogenated pyrimidines and is involved in the cytotoxicity of 5-iododeoxyuridine // Cancer Res. - 2006. - V. 66, № 15. - P. 7686-7693.

37. Prachayasittikul S., Sornsongkhram N., Pingaew R., Worachartcheewan A., Ruchirawat S., Prachayasittikul V. Synthesis of N-substituted 5-iodouracils as antimicrobial and anticancer agents // Molecules. - 2009- V. 14, № 8. - P. 27682779.

38. Singh V.P., Singh S., Narang K.K., Bhattacharya D.J. Aluminium (III), chromium (III) and iron (III) complexes with 5-iodouracil and 5-iodouracil-histidine and their antitumor activity // Enzyme Inhib. Med. Chem. - 2009. - V. 24,№ l.-P. 105-110.

39. Singh U.P., Singh B.N., Ghose A.K., Singh R.K., Sodhi A. Synthesis, characterization, and antitumor activity of 5-iodouracil complexes // J. Inorg. Biochem. - 1991. - V. 44, № 4. - P. 277-282.

40. Prusoff W.H. A review of some aspects of 5-iododeoxyuridine and azauridine // Cancer Res. - 1963. - V. 23. - P. 1246-1259.

41. Hong J.H. Synthesis of novel 2'-methyl carbovir analogues as potent antiviral agents // Arch. Pharm. Res. - 2007. - V. 30, № 2. - P. 131-137.

42. Verheggen I., van Aerschot A., van Meervelt L., Rozenski J., Wiebe L., Snoeck R., Andrei G., Balzarini J., Claes P., de Clerq E. Synthesis, biological evaluation, and structure analysis of a series of new 1,5-anhydrohexitol nucleosides // J Med. Chem. - 1995. - V. 38, № 5. - P. 826-835.

43. Yoshimura Y., Kitano K., Yamada K., Sakata S., Miura S., Ashida N., Machida H. Synthesis and biological activities of 2'-deoxy-2'-fluoro-4'-thioarabinofuranosylpyrimidine and -purine nucleosides // Bioorg. Med. Chem. — 2000.-V. 8, №7.-P. 1545-1558.

44. Adair D.W., King D., Smiles K.A. Compositions containing 5-iodouracil derivatives for the treatment of hepatitis B infections // Eur. Pat. Appl. - 1993. — EP 0565412 Al.-P. 51.

45. Rejnek J., Hanus M., Kabelac M. Correlated ab initio study of nucleic

acid bases and their tautomers in the gas phase, an a microhydrated environment,

120

and in aqueous solution // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2005. - V. 7. - P. 20062017.

46. Kryachko E.S., Nguyen M.T., Zeeger-Huyskens T. Theoretical study of tautomeric forms of uracil. 1. Relative order of stabilities and their relation to proton affinities and deprotonation enthalpies // J. Phys. Chem. A. . - 2001. - V. 105, №8.-P. 1288.

47. Gould I.R., Hillier I.H. Accurate calculations of the oxo-hydroxy tautomers of uracil // J. Chem. Soc. Perkin. Trans. - 1990. - V. 2. - P. 329.

48. Markova N., Enchev V., Timtcheva I. Oxo-hydroxy tautomerism of 5-fluorouracil: Water-assaited proton transfer // J. Phys. Chem. A. - 2005. - V. 109, №9.-P. 1981-1988.

49. Samijlenko S.P., Yurenko Y.P., Stepanyugin A.V., Govorun D. Tautomeric equilibrium of uracil and thymine in model protein-nucleic acid constants. Spectroscopic and quantum chemical approach // J. Phys. Chem. B. -2010.-V. 114, №3.-P. 1454-1461.

50. Даутова И.Ф., Иванов С.П., Хурсан C.JI. Влияние гидратации на стабильность кето-енольных таутомеров 5-гидрокси-6-метилурацила // Журн. структ. химии. - 2009. - V. 50, № 6. - Р. 1155-1165.

51.Lukmanov Т., Ivanov S.P., Khamitov Е.К., Khursan S.L. Relative stability of keto-enol tautomers in 5,6-substituted uracls: ab initio, DFT and PCM study // Comput. Theor. Chem. - 2013. - V. 1023. - P. 38-45.

52. Berens K., Shugar D. Ultraviolet absorbtion spectra and structure of halogenated uracils and their glycosides // Acta Biochimica Polonica. - 1963. - V. 10, № 1. - P. 25-48.

53. Matsui Т., Oshiyama A., Shigeta Y. A simple scheme for estimating the pKa values of 5-substituted uracils // Chem. Phys. Let. - 2011. - V. 502. - P. 248252.

54. Sanli N., Sanli S., Alsancak G. Determination of dissociation constants of folinic acid (Leucovorin), 5-fluorouracil, and irinotecan in hydro-organic media

by a spectrophotometric method // J. Chem. Eng. Data. - 2010. - V. 55, № 8. - P. 2695-2699.

55. Billinghurst B.E., Oladepo S.A., Loppnow,G.R. pH-Dependent UV resonance raman spectra of cytosine and uracil // J. Phys. Chem. B. - 2009. - V. 113.-P. 7392-7397.

56. Balodis E., Madekufamba ML, Trevani L.N., Tremaine P.R. Ionization constants and thermal stabilities of uracil and adenine under hydrothermal conditions as measured by in situ UV-visible spectroscopy // Geochimica et Cocmochimica Acta. - 2012. - V. 93. - P. 182-204.

57. Pavel I., Cota S., Cinta-Pinzaru S., Kiefer W. Raman, surface enhanced Raman spectroscopy, and DFT calculations: a powerful approach for the identification and characterization of 5-fluorouracil anticarcinogenic drug species // J. Phys. Chem. A. - 2005. - V. 109. - P. 9945-9952.

58. Iza N., Gil M., Marcillo J. Identification and tautomeric species of uracil by second derivative UV absorption spectroscopy // J. Mol. Struct. - 1988. - V. 175,№ 1.-P.31-36.

59. Katrizky A.R., Warring A.J. Tautomeric azines. Part I. The tautomerism of 1-methyluracil and 5-bromo-l-methyluracil // J. Chem. Soc. - 1962. - № 5. - P. 1540-1544.

60. Markova N., Enchev V., Ivanova G. Tautomeric equilibria of 5-fluorouracil anionic species in water // J. Phys. Chem. A. - 2010. - V. 114, №50. -P. 13154-13162.

öl.Nakanishi K., Suzuki N., Yamazaki F. Ultraviolet spectra of N-geterocyclic systems. I. The anions of uracils // Bull. Chem. Soc. Jap. - 1961. - V. 34.-P. 53-57.

62. Suwaiyan A., Morsy M.A., Odah K.A. Room temperature fluorescence of 5-chlorouracil tautomers // Chem. Phys. Let. - 1995. - V. 237. - P. 349-355.

63. Wempen I., Fox J.J. Spectrophotometric studies of nucleic acid derivatives and related compounds. VI. On the structure of certain 5- and 6-

halogenouracils and cytosines I I J. Am. Chem. Soc. - 1964. - V. 86. - P. 24742477.

64. Wierzchowski K.L., Litonska E., Shugar D. Infrared and ultraviolet studies on the tautomeric equilibria in aqueous medium between monoanionic species of uracil, thymine, 5-fluorouracil, and other 2,4-diketopyrimidines // J. Am. Chem. Soc. - 1965. -V. 83, № 20. - P. 4621-4629.

65. Гуковская A.C., Сухоруков Б.И., Прокопьева T.M., Антоновский,

B.JI. Спектрометрическое изучение протонирования и депротонирования тимина, урацила и его 5-галогенопроизводных // Изв. АН СССР, Сер. Хим. — 1972.-№ 12.-Р. 2682-2688.

66. Султанбаев М.В., Остахов С.С., Ганцев Ш.Х., Халиуллин Ф.А., Казаков В.П. Флуоресцентное исследование кето-енольного равновесия таутомеров 5-фторурацила в водных растворах // Химия высоких энергий. — 2010. - Т. 44, № 5. - С. 415-418.

67. Султанбаев М.В., Остахов С.С., Хурсан С.Л., Ганцев Ш.Х. Флуоресцентные свойства и содержание таутомеров 5-фторурацила в водных растворах // Бутлеровские сообщения. - 2012. - Т. 25, № 5. - С. 101-104.

68. Хейфец Г.М., Гиндин В.А., Студенов Е.П. Таутомерия 4-гидрокси-2-метокси-5-фторпиримидина. Условия стабилизации таутомера цвиттер-ионной структуры // Ж. орг.хим. - 2006. - Т. 42, № 4. - С. 597-606.

69. Хейфец Г.М., Кольцов А.И., Хачатуров А.С., Гиндин В.А. Структура и амид-амидная таутомерия 4-гидроксипиридинов. Метод ЯМР 13С в определении таутомерного состава // Ж. орг.хим. - 2000. - Т. 36, № 9. -

C. 1411-1424.

70. Palafox А. М., Rastogi V.K., Kumar Н., Kostova I., Vats J.K. Tautomerism in 5-bromouracil: relationships with other 5-haloderivatives and effect of the mycrohydration // Spectroscopy Let. - 2011. - V. 44. - P. 300-306.

71.Les A., Adamowicz L. Oxo-hydroxy tautomerism of uracil and 5-fluorouracil // J. Phys. Chem. - 1989. - V. 93. - P. 7078-7081.

72. Marino T., Russo N., Toscano M. Density functional study of oxo-hydroxy tautomerism of 5-fluorouracil // Int. J. Quantum Chem. - 1997. — V. 62, №N.5.-P. 489-494.

73. Yekeler H., Ozbakir D. Concerning the solvent effect in the tautomerism of uracil, 5-fluorouracil, and thymine by density-functional theory and ab anitio calculations // J. Mol. Model. - 2001. - V. 7. - P. 103-111.

74. Dobrosz-Teperek K., Zwierzchowska Z., Lewandowski W., Bajdor K., Dobrowolski J.C., Mazurek A.P. Vibrational spectra of 5-halogenouracils. Part II -solids // J. Mol. Struct. - 1998. - V. 471. - P. 115-125.

75. Dobrowolski L.C., Rode J.E., Koos R., Jamrz M.H., Bajdor K., Mazurek A.P. Ar-Matrix IR spectra of 5-halogenouracils interpreted by means of DFT calculations//J.Phys. Chem. A.-2005.-V. 109,№ 10.-P. 2167-2182.

76. Hulme A.T., Price S.L., Tocher D.A. A new polimorph of 5-fluorouracil found following computational crystal structure predictions // J. Am. Chem. Soc. -2005.- V. 127, №4.-P. 1116-1117.

77. Karamertzanis P.G., Raiteri P., Parrinello M., Leslie M., Price S.L. The thermal stability of lattice-energy minima of 5-fluorouracil: metadynamics as an aid to polymorph prediction // J. Phys. Chem. B. - 2007. - V. 112, № 14. - P. 4298-4308.

78. Palafox M.A., Talaya J., Guerro-Martinez A., Tardajos G., Kumar H., Vats J.K., Rastogi V.K. Quantum chemical scaling and its importance: The infrared and raman spectra of 5-bromouracil // Spectroscopy Letters. - 2010. - V. 43,№ 1.-P. 51-59.

79. Palafox M.A., Tardajos G., Guerro-Martinez A., Vats J.K., Joe H., Rastogi V.K. Relationships observed in the structure and spectra of uracil and its 5-substituted derivatives // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy.-2010.-V. 75.-P. 1261-1269.

80. Portalone G. Redetermination of 5-iodouracil // Acta Cryst. Section E. -2008.-V. 64.-P. o365.

81.Rastogi V.K., Palafox A. M. Vibrational spectra, tautomerism and thermodynamics of anticarcinogenic drug: 5-Fluorouracil // Spectrochimica Acta Part A. - 2011. - V. 79. - P. 970-977.

82. Rastogi V.K., Palafox M.A., Guerrero-Martinez A., Tardajos G., Vats J.K., Kostova I., Schlucker S., Kiefer W. FT-IR and FT-Raman spectra, ab initio and density functional computations of the vibrational spectra, molecular geometry, atomic charges and some molecular properties of the biomolecule 5-iodouracil // J. of Mol. Struct.: THEOCHEM. - 2010. - V. 940, № 1-3. - P. 29-44.

83. Rastogi V.K., Palafox M.A., Mittal L., Peica N., Kiefer W., Lang K., Ojha S.P. FTIR and FT-Raman spectra and density functional computations of the vibrational spectra, molecular geometry and atomic charges of the biomolecule: 5-bromouracil // J. of Raman Spectroscopy. - 2007. - V. 37. - P. 1227-1241.

84. Rastogi V.K., Vaibhav J., Yadav R.A., Chatar S., Palafox A. M. Fourier transform Raman spectrum and ab initio and density functional computations of the vibrational spectrum, molecular geometry, atomic charges and some molecular properties of the anticarcinogenic drug 5-fluorouracil // J. of Raman Spectroscopy. -2000.-V.31.-P. 595-603.

85. Soni S.D., Srikrishnan T. Crystal structure and conformation of 5-fluorouridine: conformational preferences for 5-fluorinated pyranosides // Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids. - 2004. - V. 23, № 11. - P. 17791795.

86. Ten G.N., Burova T.G., Baranov V.I. Calculation and interpretation of IR and resonant raman spectra of 5-halosubstituted uracils // Journal of Applied Spectroscopy. - 2006. - V. 73, № 4. - P. 492-498.

87. Danilov V.I., van Mourik T., Kurita N., Wakabayashi H., Tsukamoto T., Hovorun D.M. On the Mechanism of the Mutagenic Action of 5-Bromouracil: A DFT Study of Uracil and 5-Bromouracil in a Water Cluster // J. Phys. Chem. A. -2009.-V. 113.-P. 2233-2235.

88. Chalikian T.V., Sarvazyan A.P., Plum G.E., Breslauer K.J. Influence of

base composition, base sequence and duplex structure on DNA hydration:

125

Apparent molar volumes and apparent adiabatic compressibilities of synthetic and natural DNA duplexes at 25 °C // Biochemistry. - 1994. - V. 33. - P. 2394-2401.

89. He Y., Wu C., Kong W. Photophysics of methyl-substituted uracils and thymines and their water complexes in the gas phase // J. Phys. Chem. A. - 2004.-V. 108.-P. 943-949.

90. Floris F., Tomasi J. Evaluation of the dispersion contribution to the solvation energy. A simple computational model in the continuum approximation // Journal of Computational Chemistry. - 1989. - V. 10, № 5. - P. 616-627.

91. Floris F.M., Tomasi J., Ahuir J.L.P. Dispersion and repulsion contributions to the solvation energy: Refinements to a simple computational model in the continuum approximation // Journal of Computational Chemistry. -1991. -V. 12, № 7. - P. 784-791.

92. Даутова И.Ф., Хурсан C.JI. Энергии диссоциации N-H связей 5,6-дизамещенных производных урацила // Вестник Башкирского университета. -2009. - Т. 14,№1.-С. 57-61.

93. Chandra А.К., Uchimaru Т., Zeegers-Huyskens Т. Theoretical study on protonated and deprotonated 5-substituted uracil derivatives and their complexes with water // J. Mol. Struct. - 2002. - V. 605. - P. 213-220.

94. Нее J.Y., Sowers L.C., Cagin Т., Goddard III W.A. First principles calculation of pKa values for 5-substitued uracils // J. Phys. Chem. A. - 2001. - V. 105, № l.-P. 274-280.

95. Bachrach S.M., Dzierlenga M.W. Micrasolvation of uracil and its conjugate bases: a DFT study of the role of solvation on acidity // J. Phys. Chem. A. - 2011. - V. 115. - P. 5674-5683.

96. Tomasi J., Mennucci В., Cammi R. Quantum Mechanical Continuum Solvation Models // Chemical Reviews. - 2005. - V. 105, № 8. - P. 2999-3094.

97. Stimson M.M. The ultraviolet absorbtion spectra of some pyrimidines. Chemical structure and the effect of pH on the position X^ax // J. Am. Chem. Soc. -1949.-V. 71, №4.-P. 1470-1474.

98. Shah A., Nosheen E., Zafar F., Noman uddin S., Dionysiou D.D., Badshah A., Zia-ur-Rehman, Khan G.S. Photochemistry and electrochemistry of anticancer uracils // J. Photochem. Photobiol. - 2012. - V. 117. - P. 269-277.

99. Cavaliery L.F., Bendich A. The ultraviolet absorption spectra of pyrimidines and purines // J. Am. Chem. Soc. - 1950. - V. 72, № 6. - P. 25872594.

100. Jonas J., Gut J. Nucleic acid components and their analogues. XII. Electronic absorption spectra of 6-azauracil and related compounds // Collect. Chechosl. Chem. Commun. - 1961. - V. 26, № 12. - P. 2155-2163.

101. Igorashi-Yamamoto N., Tajiri A., Hatano M., Shibuya S., Ueda T. Ultraviolet absorption circular dichroism and magnetiic circular dichroism studies of sulfur-containing nucleic acid bases and their nucleosides // Biochim. Biophys. Acta.-1981.-V. 656,№ l.-P. 1-15.

102. Миронов В.А., Янковский С.А. Спектроскопия в органической химии. - M.: Мир, 1981.

103. Undheim К., Gacek M. Some derivatives of 5-fluoropyrimidine // Acta Chem. Scand. - 1969.- V. 23, № 2. - P. 294-299.

104. Иванов С.П., Муринов Ю.И. Изучение взаимодействия водных растворов урацила, тимина, 6-метилурацила и 5-гидрокси-6-метилурацила с гидроксидом натрия методами УФ-спектроскопии и рН-метрии // Башк. хим. ж.-2006.-Т. 13, № 1.-С. 22-25.

105. Kurinovich M.A., Lee J.K. The acidity of uracil from the gas phase to solution: The coalescence of the N1 and N3 sites and implication for biological glycolysation // J. Am. Chem. Soc. - 2000. - V. 122, № 26. - P. 6258-6262.

106. Garrett E.R., Nestler H.J., Somodi A. Kinetics and mechanisms of hydrolysis of 5-halouracils // J. Org. Chem. - 1968. - V. 33, № 9. - P. 3460-3468.

107. Baraldi I., Bruni M.C., Costi M.P., Pecorari P. Theoretical study of electronic spectra and photophysics of uracil derivatives // Photochem. Photobiol. - 1990. - V. 52, № 2. - P. 361-374.

108. Blicharska В., Kupka Т. Theoretical DFT and experimental NMR studies on uracil and 5-fluorouracil // J. of Mol. Srtuct. - 2002. - V. 613. - P. 153166.

109. Bednarek E., Dobrowolski J.C., Dobrosz-Teperek K., Kozerski L., Lewandowski W., Mazurek A.P. Theoretical and experimental 'H, 13C, 15N, and 170 NMR chemical shifts for 5-halogenouracils // J. Mol. Struct. - 2000. - V. 554. -P. 223-243.

110. Ellis P.D., Dunlap R.B., Pollard L., Seidman K., Cardin A.D. Carbon-13 nuclear magnetic resonance of 5-substituted uracils // J. Am. Chem. Soc. -1973. - V. 95, № 13. - P. 4398-4403.

111. Альберт А., Сержент E. Константы ионизации кислот и оснований. - М.: Химия, 1964. - С. 21-40.

112. Tyagi S., Kumar R., Singh U.P. Solution studies of some binary and ternary lanthanide complexes // J. Chem. Eng. Data. - 2005. - V. 50. - P. 377-382.

113. Privat E.J., Sowers L.C. A proposed mechanism for the mutagenicity of 5-formyluracil // Mutat. Res. - 1996. - V. 354. - P. 151-156.

114. Szterner P. Solubilities in water of uracil and its halogenated derivatives // J. Chem. Eng. Data. - 2008. - V. 53, № 8. - P. 1738-1744.

115. Wempen I., Duschinsky R., Kaplan L., Fox J.J. Thiation of nucleosides. IV. The synthesis of 5-fluoro-2'-deoxycytidine and related compounds // J. Am. Chem. Soc. - 1961. - V. 83. - P. 4755-4766.

116. Сморыго H.A., Ивин Б.А. Исследования в ряду пиримидинов. XXI. Расчет нормальных колебаний замещенных урацилов // ХГС. - 1975. -№1. - Р. 105-113.

117. Тен Г.Н., Баранов В.И. О возможности исследования таутомерии нуклеиновых оснований методами электронно-колебательной спектроскопи // Ж. прикладной спектроскопии. - 2000. - Т. 71, № 6. - С. 699.

118. Barnett S.A., Hulme Т., Issa N., Lewis T.C., Price L.S., Tocher D.A., Price S.L. The observed and energetically feasible crystal structures of 5-

substituted uracils // New J. Chem. - 2008. - V. 32. - P. 1761-1775.

128

119. MacNaughton J.B., Wilks R.G., Lee J.S., Moewes A. Experimental and theoretical investigation of the electronic structure of 5-fluorouracil compounds//J. Phys. Chem. B. -2006. - V. 110, №37.-P. 18180-18190.

120. Hulme A.T., Tocher D.A. 5-Fluorouracil-dimethyl sulfoxide (1/1) // Acta Cryst. E. - 2004. - V. 60. - P. ol 786-1787.

121. Hulme A.T., Tocher D.A. 5-Fluorouracil-dimethylformamide (2/1) // Acta Cryst. E. -2004. -V. 60. - P. о 1783-1785.

122. Ostakhov S.S., Sultanbaev M.V. Photoinduced oxo-hydroxo tautomerisation of crystalline 5-fluorouracil // Mendeleev Commun. - 2012. - V. 22.-P. 1-3.

123. Sternglanz H., Bugg C.E. Relationship between the mutagenic and base-stacking properties of halogenated uracil derivatives. The crystal structures of 5-chloro- and 5-bromouracil // Biochim. Biophys. Acta. - 1975. - V. 378, № 1. -P. 1-11.

124. Гордон А., Форд P. Спутник химика. - M.: Мир, 1976. - С. 439.

125. Frisch М. J., G.W.T., Schlegel Н. В., Scuseria G. Е., Robb М. А., Cheeseman J. R., Scalmani G., Barone V., Mennucci В., Petersson G. A., Nakatsuji H., Caricato M., Li X., Hratchian H. P., Izmaylov A. F., Bloino J., Zheng G., Sonnenberg J. L., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima Т., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven Т., Montgomery J. A., Jr., Peralta J. E., Ogliaro F., Bearpark M., Heyd J. J., Brothers E., Kudin K. N., Staroverov V. N., Keith Т., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., A.R., Burant J. C., Iyengar S. S., Tomasi J., Cossi M., Rega N., Millam J. M., Kiene M., Knox J. E., Cross J. В., Bakken V., Adamo C., Jaramillo J., Gomperts R., Stratmann R. E., Yazyev O., Austin A. J., Cammi R., Pomelli C., Ochterski J. W., Martin R. L., Morokuma K., Zakrzewski V. G., Voth G. A., Salvador P., Dannenberg J. J., Dapprich S., Daniels A. D., Farkas O., Foresman J. В., Ortiz J. V., Cioslowski J., Fox D. J., Gaussian 09, in: G. Inc. (Ed.), 2010.

126. Grigoriy A. Zhurko., D.A.Z., Chemcraft.

127. Tao J., Perdew J.P., Staroverov V.N., Scuseria G.E. Climbing the Density Functional Ladder: Nonempirical Meta-Generalized Gradient Approximation Designed for Molecules and Solids // Physical Review Letters. -2003.-V. 91, № 14.-P. 146401.

128. Raghavachari K., Binkley J.S., Seeger R., Pople J.A. Self-consistent molecular orbital methods. XX. A basis set for correlated wave functions // The Journal of Chemical Physics. - 1980. - V. 72, № 1. - P. 650-654.

129. McLean A.D., Chandler G.S. Contracted Gaussian basis sets for molecular calculations. I. Second row atoms, Z=11—18 // The Journal of Chemical Physics. - 1980. - V. 72, № 10. - P. 5639-5648.

130. Pierotti R.A. A scaled particle theory of aqueous and nonaqueous solutions // Chemical Reviews. - 1976. - V. 76, № 6. - P. 717-726.

131. Keith T.A., Bader R.F.W. Calculation of magnetic response properties using atoms in molecules // Chemical Physics Letters. - 1992. - V. 194, № 1-2. -P. 1-8.

132. Keith T.A., Bader R.F.W. Calculation of magnetic response properties using a continuous set of gauge transformations // Chemical Physics Letters. -1993. - V. 210, № 1-3. - P. 223-231.

133. Cheeseman J.R., Trucks G.W., Keith T.A., Frisch M.J. A comparison of models for calculating nuclear magnetic resonance shielding tensors // The Journal of Chemical Physics. - 1996. -V. 104, № 14. - P. 5497-5509.

134. Neese F., ORCA - an ab initio, Density Functional and Semiempirical program package, University of Bonn, 2008.

135. Granovsky A.A., [Firefly version 7.1.F, www http://classic.chem.msu.su/gran/firefly/index.html].

136. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A., Elbert S.T., Gordon M.S., Jensen J.H., Koseki S., Matsunaga N., Nguyen K.A., Su S., Windus T.L., Dupuis M., Montgomery J.A. General atomic and molecular electronic structure system // J. Comput. Chem.- 1993. - V. 14, № 11.-P. 1347-1363.

137. Adamo С., Barone V. Toward reliable density functional methods without adjustable parameters: The PBEO model // J. Chem. Phys. . - 1999. - V. 110.-P. 6158-6170.

138. Schaefer A., Huber C., Ahlrichs R. Fully optimized contracted Gaussian basis sets of triple zeta valence quality for atoms Li to Kr // J. Chem. Phys. - 1994. - V. 100. - P. 5829-5836.

139. Raghavachari K., Binkley J.S., Seeger R., Pople J.A. Contribution of triple substitutions to the electron correlation energy in fourth order perturbation theory // Chem. Phys. - 1980. - V. 72. - P. 4244-4246.

140. Weigend F., Ahlrichs R. Balanced basis sets of split valence, triple zeta valence and quadruple zeta valence quality for H to Rn: Design and assessment of accuracy // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2005. - V. 7, № 18. - P. 3297-3305.

141. Doddrell D.M., Pegg D.T., Bendall M.R. Distortionless enhancement of NMR signals by polarization transfer // J. Magn. Reson. - 1982. - V. 48, № 15. -P. 323.

142. Integrated Spectral Database System of Organic Compounds.

143. Bernett M.T., Rodgers M.T., Hebert A.S., Ruslander L.E., Eisele L., Drohat, A.C. Specificity of human thymine DNA glycosylasedepends on N-glycosidic bond stability // J. Am. Chem. Soc. - 2006. - V. 128, № 38. - P. 1251012519.

144. Чумаков П.М. Функция гена p53: выбор между жизнью и смертью // Биохимия. - 2000 - Т. 1, № 65. - С. 34-47.

145. Longley D.B., Harkin D.P., Johnston P.G. 5-fluorouracil: mechanisms of action and clinical strategies // Nature Reviews Cancer. - 2003- V. 3, № 5. - P. 330-338.

146. Correira S.C., Moreira P.I. Hypoxia-inducible factor 1: a new hope to counteract neurodegeneration? // J. Neurochem. - 2010. - V. 112. - P. 1-12.

147. Ravizza R., Molteni R., Gariboldi M., Marras E., Perletti G., Monti E.

Effect of HIF-1 modulation on the response of two- and three-dimentional cultures

131

of human colon cancer cells to 5-fluorouracil I I Europ. J. Cancer. - 2009. - V. 45, № 5.- P. 890-898.