Кислотно-лужні властивості піримідину, імідазолу та пурину у вільному стані: розрахунок методом AMI

Abstract

Напівемпіричним квантовохімічним методом AMI в режимі оптимізації всіх структур­них параметрів у вакуумному наближенні розраховано енергію протонування ендоциклічних атомів азоту, не зв'язаних з атомом водню, а також енергію депротонування всіх NH- і СН-груп енергетично найвигідніших молекулярних таутомеріє піримідину (Руг), імідазолу (Іт) та пурину (Pur). Встановлено, що найімовірнішим місцем протонування Pur є ендоциклічний атом азоту піримідинового кільця N1; при цьому піримідиновий фрагмент Pur має кращі як кислотні, так і лужні властивості, аніж молекула Руг. У той же час імідазольний фрагмент Риг мае кращі кислотні вла­стивості, ніж молекула Іт, але гіршу, ніж остання, протофільність ендоциклічного атома азоту, не зв'язаного з атомом водню. На основі отриманих результатів автори доходять висновку, що найвірогіднішими схемами самоасоціації Руг та Іт у вакуумі є водневе спарювання Руг за допомогою двох циклічних кооперативних Н-зв'язків C2H...N1 (або C2H...N3, що одне й теж саме), а також утворення лінійних самоасоціатів Іт за допомогою періодичних кооперативних Н-зв'язків N1H...N3.

Полуэмпирическим квантовохимическим методом AMl в режиме оптимизации всех структурных параметров в вакуумном приближении рассчитана энергия протонирования эндоциклических атомов азота, не связанных с атомом водорода, а также энергия депротонирования всех NH- и СН-групп основных молекулярных таутомеров пиримидина (Pyr ), имидазола (Im) и пурина (Pur). Установлено, что наиболее вероятным местом протонирования Pur есть эндоциклический атом азота пиримидинового кольца N1; при этом пиримидиновый фрагмент Pur имеет лучшие как кислотные, так и основные свойства, чем молекула Pyr . При этом имидазольный фрагмент Pur имеет лучшие кислотные свойства, чем молекула Im, но значительно худшую, чем последняя, протофильность эндоциклического атома азота, не связанного с атомом водорода. На основании полученных результатов авторы приходят к выводу, что наиболее вероятными схемами самоассоциации Pyr и Im в вакууме есть водородное спаривание Pyr при помощи двух циклических кооперативных Н-связей C2H...N1 (или C2H...N3, что одно и то же), а также образование линейных самоассоциатов Irn при помощи периодических кооперативных H-связей N1H... N3.

The protonation energy of endocyclic nitrogen atoms, which is not bonded with hydrogen atoms, as well as the deprotonation energies of all NH- and OH-groups of the main molecular tautomers of pyrimidine (Pyr), imidazole (Im) and purine (Pur) were calculated in vacuum by means of semiempirical quantum mechanical AMI method with full optimization of all structural parameters. It was established, that the nitrogen Nl atom of pyrimidine ring is the most probable site of protonation, the acidic and basic properties of the pyrimidine fragment of Pur are more pronounced than the ones of Pyr. Imidazole fragment of Pur possesses the better acidic properties, than molecule of Im, but the significantly worse protofility of endocyclic nitrogen atom free of hydrogen. From the data obtained the next conclusions about the most probable mechanisms of Pyr and of Im homoassociations in vacuum has been drown: Pyr forms two cyclic cooperative H-bonds C2H...N1 (or C2...N3) and Im creates linear homoassociates through periodic cooperative H-bonds N1H...N3.