ПІДБІР ОПТИМАЛЬНИХ НАПІВЕМПІРИЧНИХ МЕТОДІВ ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ ДОВЖИН ЗВ’ЯЗКІВ В АЗОЛЬНИХ СИСТЕМАХ
DOI:
https://doi.org/10.24144/2414-0260.2018.1.57-61Ключові слова:
semi-empirical methods, 1, 2, 4-triazole, azole, bond lengthАнотація
Теоретичні квантово-хімічні методи інтенсивно використовуються в дослідженнях і прогнозуванні різних властивостей нових синтезованих сполук. Таким чином, методи квантової хімії можуть бути використані для моделювання та визначення найбільш стабільних конформацій у розчинах, спектрофотометричних характеристик барвників та полімерів, комплексоутворюючої здатності, визначення реакційних центрів та регіоселективності. Крім того, квантово-хімічні методи широко використовуються для дослідження та прогнозування потенційної біологічної активності. Однак, враховуючи великі розміри цільових біологічних молекул, для економії машинного часу і ресурсів, корисно використовувати дешевші напівемпіричні методи. Безумовно, часто необхідно проводити розрахунки методами ab initio, DFT або навіть методами пост-Хартрі-Фока, але принаймні на стадії оптимізації геометрії доцільно використовувати швидкі напівемпіричні методи NDDO (нехтування двохатомним диференційним перекриванням).
Враховуючи вищевикладене, в даній роботі перевіряється сукупність напівемпіричних методів з точки зору їх точності для прогнозування рівноважних довжин зв’язків в різних азольних системах. Серед методів, які ми розглянули в даній роботі є: AM1, PM3, RM1, PM6, PM7.
Вибір азольних систем обумовлений їхнім широким спектром біологічної активності. Зокрема, похідні [1,2,4]триазоло[1,5-а]піримідину проявляють протипухлинну, противірусну, гербіцидну та фунгіцидну активність. Крім того, заміщені [1,3]тіазоло[1,2,4]триазоли мають бактерицидну і фунгіцидну активність, проявляють протизапальну дію і можуть бути використані для лікування подагри.
Розглянуті напівемпіричні методи показали різну точність щодо розрахованих довжин зв’язків у трьох вибраних азольних системах. Треба відзначити, що найновіший метод PM7 є, як правило, найбільш точним і надійним. Відповідна середня абсолютна похибка (MAE) становить 0,0272 Å, а середньоквадратичне відхилення (RMSD) для даного методу складає 0,0334 Å. Як альтернативу, ми рекомендуємо використовувати метод RM1. Незважаючи на те, що AM1 часто використовується для моделювання великих систем, він виявився найгіршим методом з найвищими статистичними похибками. Загалом, ми рекомендуємо використовувати PM7 Гамільтоніан для надійного моделювання геометричних параметрів азольних систем.Посилання
Bevziuk K., Chebotarev A., Snigur D., Bazel Y., Fizer M., Sidey V. Spectrophotometric and theoretical studies of the protonation of Allura red AC and Ponceau 4R. J. Mol. Struct. 2017, 1144, 216–224.
Bazel Ya., Lešková M., Rečlo M., Šandrejová J., Simon A., Fizer M., Sidey V. Structural and spectrophotometric characterization of 2-[4-(dimethylamino) styryl]-1-ethylquinolinium iodide as a reagent for sequential injection determination of tungsten. Spectrochim. Acta Part A 2018, 196, 398–405.
Bevziuk K., Chebotarev A., Fizer M., Klochkova A., Pliuta K., Snigur D. Protonation of Patented Blue V in aqueous solutions: theoretical and experimental studies. J. Chem. Sci. 2018, 130, 12-1–12-10.
Fizer O., Fizer M., Studenyak Ya. Photostability of plasticized polyvinyl chloride membranes: a theoretical study. Malaysian Journal of Analytical Sciences 2017, 21, 1257–1265.
Fizer M., Sidey V., Tupys A., Ostapiuk Yu., Tymoshuk O., Bazel Ya. On the structure of transition metals complexes with the new tridentate dye of thiazole series: Theoretical and experimental studies. J. Mol. Struct. 2017, 1149, 669–682.
Fizer M., Sukharev S., Slivka M., Mariychuk R., Lendel V. Preparation of bisthiourea and 5-amino-4-benzoyl-1,2,4-triazol-3-thione complexes of copper(II), nickel and zinc and their biological evolution. J. Organomet. Chem. 2016, 804, 6–12.
Fizer M., Slivka M., Mariychuk R., Baumer V., Lendel V. 3-Methylthio-4-phenyl-5-phenylamino-1,2,4-triazole hexabromotellurate: X-ray and computational study. J. Mol. Struct. 2018, 1161, 226–236.
Fizer M.M., Fizer O.I., Slivka M.V., Balog I.M., Krivovyaz A.O., Mariychuk R.T., Lendel V.G. Investigation of reactivity of a new tricyclic system of [1,3]thiazolo[2′,3′:3,4][1,2,4]triazolo[1,5-a]pyrimidi-ne. Sci. Bull. Uzhgorod Univ. (Ser. Chem.). 2017, 38(2), 107–111 (in Ukr.).
Korol N., Fizer M., Slivka M., Farinjuk U., Manjo N., Lendel V. Investigation of halogenation of 3-(1-butenyl)thioethers of symmetric triazoles. Sci. Bull. Uzhgorod Univ. (Ser. Chem.). 2017, 38(2), 98–102 (in Ukr.).
Fizer M.M., Slivka M.V., Usenko R.M., Rusyn I.F., Lendel V.G. Interaction of tellurium and selenium tetrahalogenides with 3-allylthio-4,5-diphenyl-1,2,4-triazole. Sci. Bull. Uzhgorod Univ. (Ser. Chem.). 2008, 19, 20–26 (in Ukr.).
Fizer M.M., Solomon N.I., Slivka М.V., Khripak N.P., Lendel V.G. Investigation of selectivity of bromination of 3-mercapto-1,2,4-triazole alkenyl thioethers. Sci. Bull. Uzhgorod Univ. (Ser. Chem.) 2014, 32(2), 48–52 (in Ukr.).
Fizer M.M., Fizer O.I., Devinyak O.T., Slivka M.V., Lendel V.G. Synthesis and theoretical study of 2-[(5-amino-4-phenyl-1,2,4-triazol-3-yl)sulfanyl]ace-tohydrazide as an analogue of isoniazid. Sci. Bull. Uzhgorod Univ. (Ser. Chem.). 2016, 35(1), 62–67 (in Ukr.).
Fizer M.M., Fizer O.I., Devinyak O.T., Slivka M.V., Lendel V.G. Theoretical study of 1,2,4-triazol-1-yldithiocarbonic acid as an analogue of diclofenac. Sci. Bull. Uzhgorod Univ. (Ser. Chem.). 2016, 36(2), 53–56 (in Ukr.).
Faver J., Merz K.M.Jr. The utility of the HSAB principle via the Fukui function in biological systems. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6(2), 548–559.
Dewar M.J.S., Zoebisch E.G., Healy E.F., Stewart J.J.P. Development and use of quantum mechanical molecular models. 76. AM1: A new general purpose quantum mechanical molecular model. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107(13), 3902–3909.
Stewart J.J.P. Optimization of parameters for semiempirical methods I. Method. J. Comput. Chem. 1989, 10(2), 209–220.
Rocha G.B., Freire R.O., Simas A.M., Stewart J.J. RM1: A reparameterization of AM1 for H, C, N, O, P, S, F, Cl, Br, and I. J. Comput. Chem. 2006, 27(10), 1101–1111.
Stewart J.J.P. Optimization of parameters for semiempirical methods V: Modification of NDDO approximations and application to 70 elements. J. Mol. Model. 2007, 13, 1173–1213.
Stewart J.J.P. Optimization of parameters for semiempirical methods VI: more modifications to the NDDO approximations and re-optimization of parameters. J. Mol. Model. 2013, 19, 1–32.
Zhang N., Ayral-Kaloustian S., Nguyen T., Afragola J., Hernandez R., Lucas J., Gibbons J., Beyer C. Synthesis and SAR of [1,2,4]triazolo[1,5-a]pyrimidines, a class of anticancer agents with a unique mechanism of tubulin inhibition. J. Med. Chem. 2007, 50, 319–327.
Qizhong X., Xuanfu L., Junhu L., Liang B., Xiaoping B. Synthesis and bioactivities of novel 1,2,4-triazolo[1,5-a]pyrimidine derivatives containing 1,2,4-triazole-5-thione Schiff base unit. Chin. J. Org. Chem. 2012, 32, 1255–1260.
Kleschick W. A., Costales M. J., Dunbar J. E., Meikle R. W., Monte W. T., Pearson N. R., Snider S. W., Vinogradoff A. P. New herbicidal derivatives of 1,2,4-triazolo [1,5-a] pyrimidine. Pestic. Sci. 1990, 29, 341–355.
Mohan J., Kumar A. Condensed bridgehead nitrogen heterocyclic systems: Synthesis and antimicrobial activity of s-triazolo [3,4-b][1,3,4] thiadiazoles and s-triazolo [3,4-b][1,3,4] thiadiazines. Ind. J. Heterocycl. Chem. 2001, 11, 71–74.
Mohan J. Heterocyclic systems containing bridgehead nitrogen atom: Synthesis and bioactivity of 3- (2-thienyl)-s-triazolo[3,4-b] [1,3,4]thiadiazole, 2-(2-thienyl)thiazolo[3,2-b]-s-triazole and isomeric 3-(2-thienyl)-thiazolo[2,3-c]-s-triazole. Ind. J. Chem. 2003, 42B, 401–404.
Mohan J., Kumar A. Bridgehead nitrogen heterocyclic systems: Synthesis and antimicrobial activity of imidazo [2,1-b]-1, 3, 4-thiadiazolo [2,3-c]-s-triazoles and s-triazolo [3,4-b]-1,3,4-thiadiazoles. Ind. J. Heterocycl. Chem. 2003, 12, 189–192.
Slivka M., Korol N., Pantyo V., Baumer V., Lendel V. Regio-and stereoselective synthesis of [1, 3] thiazolo[3,2-b][1,2,4]triazol-7-ium salts via electro-philic heterocyclization of 3-S-propargylthio-4Н-1, 2, 4-triazoles and their antimicrobial activity. Heterocycl. Commun. 2017, 23 (2), 109-113.
Fizer M.M., Balazh К., Slivka М.V., Koval’ G.М., Lendel V.G. Synthesis and biological activity of novel Se-, Te-contaiting thiazolotriazole derivatives. Sci. Bull. Uzhgorod Univ. (Ser. Chem.) 2013, 29(1), 50–54.
Erol D.D., Calis U., Demirdamar R., Yulug N., Ertan M. Synthesis and Biological Activities of Some 3,6-Disubstituted ThiazoIo[3,2-b][1,2,4] triazoles. J. Pharm. Sci. 1995, 84, 462–465.
Crisan O., Bojita M., Munoz T.V., Terencio M.C., Aguilar G.A., Zaharia V. Synthesis, characterisation and pharmacological activity of some thiazolo[3,2-b]-1,2,4-triazole derivatives. Farmacia-Bucuresti 2001, 49(5), 15–22.
Berk B., Aktay G., Yesilada E., Ertan M. Synthesis and pharmacological activities of some new 2-[1-(6-methoxy-2-naphthyl)ethyl]-6-(substituted) benzylidene thiazolo[3,2-b]-1,2,4-triazole-5(6H)-one derivatives. Pharmazie 2001, 56, 613–616.
Fizer, M., Slivka M., Rusanov E., Turov A., Lendel V. [1,3]Thiazolo[2′,3′:3,4][1,2,4] triazolo[1,5-a]pyrimidines – a new heterocyclic system accessed via bromocyclization. J. Heterocyclic Chem. 2015, 52, 949–952.
Fizer M., Slivka M., Baumer V., Lendel V. Synthesis of 3-alkyl-5-allylamino-2-benzoylimino-1,3,4-thiadiazoles via Dimroth rearrangement. Heterocycl. Commun. 2016, 22, 79–83.
Avogadro: an open-source molecular builder and visualization tool. Version 1.XX.
http://avogadro.openmolecules.net/
MOPAC2016, Version: 16.175W, James J.P.
Stewart. http://openmopac.net.
Allouche A.R. Gabedit – A graphical user interface for computational chemistry softwares J. Comput. Chem. 2011, 32, 174–182.
