Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 10
1.1 Количественные соотношения "структура — свойство", "структура - хроматографическое удерживание" в высокоэффективной жидкостной хроматографии 10
1.1.1. Дескрипторы, используемые при построении моделей "структура - свойство" 16
1.2 ВЭЖХ производных адамантана 22
1.2.1. Типы межмолекулярных взаимодействий в ВЭЖХ производных адамантана 22
1.2.2. Влияние структуры сорбента и состава подвижной фазы на удерживание в ВЭЖХ 25
1.2.2.1. Удерживание и структура сорбента в ОФ ВЭЖХ 25
1.2.2.2. Зависимость фактора удерживания от состава подвижной фазы в ОФ ВЭЖХ 28
1.2.2.3. Хроматография на полярных химически связанных неподвижных фазах 30
1.2.2.4. Зависимость фактора удерживания от состава подвижной фазы в НФ ВЭЖХ 33
1.2.3. Влияние особенностей строения производных адамантана на их хроматографическое удерживание на полярном адсорбенте 35
1.2.4. Влияние особенностей строения производных адамантана на их хроматографическое удерживание на неполярном
адсорбенте 36
2. Объекты и методы исследования 39
2.1. Объекты исследования 39
2.1.1. Особенности строения функциональных производных адамантана 40
2.1.2. Биологическая активность некоторых производных адамантана 44
2.2. Методы исследования 45
2.2.1. Условия ВЭЖХ-исследования 45
2.2.2. Потенциометрическое определение констант диссоциации адамантанкарбоновых кислот 47
2.3. Методы расчета 49
2.3.1. Квантово-химические расчеты с помощью комплекса программ HyperChem 49
2.3.2. Алгоритм расчета топологических индексов 50
2.3.3. Расчет вероятности проявления биологической активности производных адамантана 53
2.3.4. Математическая обработка результатов 54
3. Обсуждение результатов 55
3.1. Исследование хроматографического поведения производных адамантана в условиях жидкостной хроматографии 55
3.1.1. Обращенно-фазовая ВЭЖХ производных адамантана 55
3.1.1.1. Зависимость удерживания от состава подвижной фазы 55
3.1.1.2. Зависимость удерживания производных адамантана от их строения 62
3.1.2. Нормально-фазовая ВЭЖХ производных адамантана 73
3.1.2.1. Влияние природы и состава подвижной фазы на хроматографическое поведение карбонильных производных адамантана 73
3.1.2.2. Влияние структуры молекул карбонильных производных адамантана на хроматографическое удерживание в условиях НФ ВЭЖХ 80
3.2. Исследование корреляционных зависимостей "структура — свойство" 85
3.2.1. Корреляции "топологический индекс - свойство" 86
3.2.2. Сорбционно-структурные корреляции в жидкостной хроматографии 97
3.2.2.1. Сорбционно-структурные корреляции производных адамантана в НФ ВЭЖХ 98
3.2.2.2. Сорбционно-структурные корреляции производных адамантана в ОФ ВЭЖХ 103
3.3. Потенциометрическое исследование адамантанкарбоновых кислот 107
Выводы 111
Список литературы
- Дескрипторы, используемые при построении моделей "структура - свойство"
- Биологическая активность некоторых производных адамантана
- Зависимость удерживания от состава подвижной фазы
- Исследование корреляционных зависимостей "структура — свойство"
Введение к работе
Актуальность работы. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), являющаяся одним из наиболее простых и эффективных методов изучения адсорбционных свойств труднолетучих и термически неустойчивых соединений, в настоящее время стала также и средством физико-химических исследований. Весьма перспективно использование ВЭЖХ при анализе состава многокомпонентных смесей, моделировании хроматографи-ческого поведения и изучении химии растворов различных классов органических соединений.
Одним из физико-химических приемов обработки данных и построения моделей удерживания в жидкостной хроматографии является исследование корреляционных зависимостей "структура - свойство". В литературе имеется большое количество публикаций, посвященных проблеме установления взаимосвязи между структурой соединений и проявляемыми ими химическими и физико-химическими свойствами. Несмотря на это, число типов соединений, для которых выявлены подобные закономерности, особенно в условиях ВЭЖХ, ограничено. Проблема "структура - свойство" приобретает особую актуальность при изучении новых типов соединений с потенциальной биологической активностью в связи с возможностью целенаправленного синтеза новых лекарственных препаратов с заданными свойствами. Кроме того, соотношения "структура - свойство" играют ведущую роль в разработке методов идентификации близких по структуре и проявляемым свойствам органических соединений.
Интересными объектами при изучении проблемы "структура - свойство" являются производные адамантана. Несмотря на то, что химия адаманта-на и его производных является сравнительно молодым разделом современной органической химии, число исследований в этой области постоянно растет. Одной из причин этого является перспективность практического использования его производных. Соединения данного класса нашли широкое применение в биомедицинской практике в качестве лекарственных препаратов,
компонентов искусственной крови, а также в тонком органическом синтезе, сельском хозяйстве, промышленности (алмазоподобные пленки, реактивное топливо, масла, присадки и пр.).
Целью работы явилось изучение физико-химических закономерностей хроматографического удерживания функциональных производных адамантана в условиях высокоэффективной жидкостной хроматографии и установление взаимосвязи между структурой данных соединений и проявляемыми ими физико-химическими свойствами. В соответствии с поставленной целью определены основные задачи диссертации:
Исследование влияния электронного, геометрического строения и топологии молекул некоторых производных адамантана на их физико-химические свойства и особенности хроматографического поведения в условиях нормально-фазового и обращенно-фазового вариантов ВЭЖХ.
Расчет термодинамических характеристик сорбции исследованных соединений в условиях ВЭЖХ
Исследование корреляций между структурными, физико-химическими свойствами и хроматографическими характеристиками производных адамантана с использованием сорбционно-структурных корреляций и тополого-графового подхода.
Экспериментальное определение констант диссоциации некоторых адамантанкарбоновых кислот.
Научная новизна определяется совокупностью полученных в работе новых результатов.
Исследовано хроматографическое поведение 35 производных адамантана с заместителями различной химической природы в условиях ВЭЖХ. Получены хроматографические и термодинамические характеристики исследованных соединений, показано влияние их структуры и электронного строения на характер межмолекулярных взаимодействий в системе «сорбат -сорбент — элюент». Рассчитаны топологические индексы (индексы связанности шести порядков и индексы Винера) производных адамантана. Получены
7 соотношения, связывающие топологические индексы с параметрами удерживания и другими физико-химическими характеристиками данных соединений. Экспериментально определены величины констант диссоциации ада-мантанкарбоновых кислот.
Практическая ценность определяется совокупностью экспериментальных данных о хроматографическом удерживании и термодинамических характеристиках сорбции некоторых производных адамантана в различных вариантах ВЭЖХ, а также установленных в работе физико-химических закономерностей их хроматографического поведения, которые могут быть использованы при разработке методов разделения и идентификации исследованных соединений в сложных смесях. Показана возможность применения сорбционно-структурных корреляций для предсказания некоторых физико-химических параметров и хроматографического удерживания производных адамантана.
На защиту выносятся:
результаты исследования физико-химических закономерностей хроматографического удерживания некоторых производных адамантана в условиях ВЭЖХ. Анализ влияния природы и состава подвижной фазы на хрома-тографическое удерживание исследованных соединений в системе "сорбат -сорбент - элюент";
экспериментально определенные термодинамические характеристики хроматографического удерживания производных адамантана в различных вариантах ВЭЖХ;
полученные константы диссоциации некоторых адамантанкарбоно-вых кислот;
корреляционные зависимости между характеристиками хроматографического удерживания некоторых производных адамантана и их физико-химическими и топологическими параметрами. Корреляционные уравнения вида "структура - свойство".
Публикации: По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 4 статьи и тезисы 9 докладов.
Апробация работы; Материалы диссертационной работы докладывались на Молодежной научной школе по органической химии (г. Екатеринбург, 2000); Международной научной конференции «Молодежь и химия», проходившей в рамках Всероссийских химических дней «ХиД-2000» (г. Красноярск, 2000); Всероссийской конференции «Химический анализ веществ и материалов» (г. Москва, 2000); VII Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2000: Молодежь и наука на рубеже XXI века» (г. Москва, 2000); Международной научно-практической конференции «Перспективы развития химии и практического применения алициклических соединений» (г. Самара, 2004); Всероссийском симпозиуме «Хроматография и хроматографические приборы» (г. Москва. 2004); Международной конференции «Физико-химические основы XXI века» (г. Москва, 2005); XV Международной конференции по химической термодинамике в России (г. Москва, 2005); Всероссийской конференции «Теория и практика хроматографии. Применение в нефтехимии» (г. Самара, 2005).
Структура и краткое содержание работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, поделенных на параграфы, выводов и списка цитируемой литературы из 218 наименований и приложения. Диссертация изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков и 23 таблицы. Общий объем работы 157 страниц.
Во введении обосновывается актуальность исследования, сформулированы цель и задачи, отражены научная новизна и практическая значимость работы, перечислены положения, выносимые на защиту.
Первая глава включает обзор литературы и состоит из двух частей. В первой части рассмотрены вопросы, связанные с решением проблемы «структура - свойство», «структура - хроматографическое удерживание». Перечислены основные методы и подходы, используемые при решении этой
9 проблемы. Описаны применяемые для установления соответствующих корреляций различные типы дескрипторов. Показана роль хроматографических методов и, в частности, жидкостной хроматографии в решении проблемы «структура - свойство». Вторая часть обзора литературы посвящена анализу литературных данных по удерживанию производных адамантана в условиях ВЭЖХ. Рассмотрен характер межмолекулярных взаимодействий в системе сорбат-сорбент-элюент в условиях жидкостной хроматографии, а также возможности ВЭЖХ в количественной оценке соотношений «структура - свойство».
Во второй главе дана характеристика объектов и методов исследования. Описаны методики проведения экспериментов. Представлены алгоритмы расчета топологических индексов, характеристик удерживания и констант диссоциации.
В третьей главе приводятся полученные результаты исследования хро-матографического поведения производных адамантана в условиях нормально-фазового (НФ) и обращенно-фазового (ОФ) вариантов ВЭЖХ. Представлены характеристики удерживания производных адамантана с заместителями различной химической природы в узловых и мостиковых положениях ада-мантанового ядра. Проанализировано влияние состава и природы элюента, проведено сопоставление закономерностей удерживания в двух вариантах хроматографии. Приведены и проанализированы корреляционные зависимости «структура - свойство» для производных адамантана, показаны их прогностические возможности в оценке величин удерживания.
В заключении сформулированы основные результаты работы.
Дескрипторы, используемые при построении моделей "структура - свойство"
При изучении взаимосвязи «структура - свойство» важными являются способы перевода молекулярных структур химических соединений в единые характеристические структурные дескрипторы [37 - 45].
Переменные, характеризующие структурные особенности соединений и их частей (заместителей, фрагментов), называются дескрипторами [37]. При практическом прогнозе свойств химических соединений необходимо правильно выбрать информационный набор дескрипторов, обеспечивающий достаточное качество прогноза свойств соединений. Поэтому одной из основных проблем при установлении количественных соотношений «структура - свойство» является выбор соответствующих дескрипторов, которые в полной мере могли бы охарактеризовать, с одной стороны, структуру молекулы, а с другой, - соответствующее физико-химическое свойство [46 - 48]. Кроме того, для решения задач моделирования связи между строением вещества и его физико-химическими свойствами с помощью компьютерных технологий необходимо иметь методы количественного описания химической структуры, т.е. методы преобразования молекулярной структуры в набор численных дескрипторов.
Из литературы известны различные типы классификации дескрипторов. Так, в работах [49, 50] приводятся три типа классификации. В первом типе дескрипторы делятся на чистые, описывающие какой-либо один эффект межатомных взаимодействий, и композитные, описывающие два и более эффекта. Второй тип классификации основывается на способах оценки дескрипторов - экспериментальные и теоретические. Третий тип основан на учете эффекта, который описывает данный дескриптор. Предлагается рассматривать три категории эффектов: электронные, стерические и межмолекулярные, при этом выбор дескриптора является весьма важной задачей [46].
Наиболее распространенными дескрипторами, используемыми при построении корреляций, являются инварианты взвешенных молекулярных графов, описывающих химические структуры [51]. Топологические дескрипторы (индексы) рассчитываются на основе описания структурной формулы соединения с помощью молекулярного графа, представляющего собой двумерное отображение молекулы (вершины соответствуют атомам, а ребра - химическим связям молекулы) [46]. При этом обычно рассматриваются скелетные атомы (со «стертыми» атомами водорода) и связи между ними. Все вершины выбирают таким образом, чтобы учесть различия в типах атомов и связей. Кроме того, по-разному задавая веса на молекулярном графе, можно получать инварианты, отображающие различные особенности не только топологического, но и. электронного и пространственного строения молекул, например, разветвленность и связанность. Существенным преимуществом структурных (топологических) дескрипторов по сравнению с многочисленными экспериментальными характеристиками можно считать тот факт, что они определяются непосредственно из химической формулы (структуры) вещества и могут быть вычислены как для реальных соединений, так и для гипотетических структур. ТИ можно классифицировать по методу расчета и типу отображаемой информации. Так, к индексам матрицы расстояний относятся индекс Винера W(G)[52, 53], число полярности P(G) [52], индексы суммы расстояний S(G), впервые предложенные независимо Бончевым и Полански, связность по сумме усредненных расстояний J(G), введенная Балабаном [54]. К типу индексов матриц смежности относятся индекс Платтэ F(G), индекс Гордона-Скантлбери Y(G), индекс связности Рандича %(G) [55], индекс полной смежности A (G), являющийся суммой всех элементов матрицы смежности A(G) и т.д. Сочетание соответствующих инвариантов двух различных топологических матриц можно с уверенностью считать полным структурно-топологическим представлением химических соединений в удобной для корреляционного анализа математической форме.
Некоторые ТИ представляют в виде суммы локальных и интегральных ТИ. Такие индексы называют составными. Например, составными являются индекс Винера W, Хосойи Z, Рандича %, центрический индекс Балабана В. На основе этих ТИ в ряде работ были введены новые индексы информационного типа [56], что является наглядным примером комплексного использования информации 2-х различных топологических матриц [57].
Постоянно разрабатываются все новые и новые ТИ. В настоящее время известно не менее тысячи ТИ, для которых были проведены поиски указанных выше зависимостей. Выбор ТИ для использования в решении задачи нахождения связи «структура — свойство», как правило, достаточно случаен ив значительной степени зависит от интуиции и изобретательности исследователя. При этом могут получаться различные по точности и надежности приближенные формулы для представления некоторого свойства в виде функции от одного и того же индекса.
Биологическая активность некоторых производных адамантана
Активность производных адамантана объясняется ярко выраженной липофильной природой каркасного углеродного фрагмента адамантана, что определяет проницаемость или адсорбцию вещества на клеточных мембра-нах. Предполагается, что введение каркасных фрагментов вполне перспективно при получении препаратов пролонгированного действия. Производные адамантана широко используются также в качестве моделей для решения теоретических задач органической химии ввиду их особых свойств, связанных со структурой адамантанового каркаса [ 164].
Многие производные адамантана проявляют антидепрессивное, анесте-зирующее, антимикробное [167], р-адренергическое, противоопухолевое [168], противосудорожное [169], анальгетическое, психотропное [170], противовоспалительное, противовирусное [112,171-173] действия.
Так, например, в литературе описана противовирусная активность ада-мантилсодержащих гетероциклов [174], адамантилсодержащих р-аминоке-тонов и енаминокетонов [75, 173]. Учитывая это, были созданы медицинские препараты на основе производных адамантана для лечения гриппа (аманта-дин, ремантадин, адапромин и т.д.) [175]. Доказано противосудорожное действие амидов 1-адамантилкарбоновой и З-бром-1-адамантилкарбоновой кислот [169]. Аминопроизводные адамантана используются в качестве проти-вопаркинсонических средств [176]. Германийорганические производные адамантана обладают нейротропной активностью [177]. Авторами [178] была выявлена способность 1-оксиадамантан-4-она понижать уровень сахара в крови.
Производные адамантана проявляют также актопротекторные и адап тогенные свойства. Актопротекторы - это лекарственные средства, препятст вующие снижению работоспособности в неблагоприятных условиях среды обитания и деятельности. Они не оказывают истощающего влияния на энергетические ресурсы. Адаптогены - это фармакологические препараты, повышающие общую резистентность организма к действию широкого спектра факторов [179].
Таким образом, литературные данные по фармакологическим свойствам производных адамантана позволяют считать наиболее перспективным для создания лекарственных средств производные аминоадамантанов, содержащие в качестве заместителей у аминогруппы алифатические, ароматические или гетероциклические фрагменты [180].
Исследование производных адамантана проводили на жидкостных хроматографах "Laboratorni Pristroje" (ЧССР) и Biotronik Chromatographiesysem ВТ 8100 HPLC-Pump, снабженных УФ-спектрофотометрическими детекторами. Детектирование осуществляли при длинах волн УФ-детекторов 220, 254, 280 и 290 нм. Для хроматографического разделения использовали стеклянные насадочные колонки длиной 150 мм, внутренним диаметром 3,3 мм, размер частиц сорбента 7 мкм, удельная площадь поверхности сорбента 500 м2/г. Элюирование проводили в изократическом режиме при объемной скорости 0,4 мл/мин.
В условиях обращенно-фазового (ОФ) варианта ВЭЖХ в качестве сорбента использовали Separon SGX Cis, для нормально-фазового (НФ) -Separon SGX CN. В качестве подвижных фаз для колонки с сорбентом Separon SGX Cis использовали гексан, смеси этанол - вода и ацетонитрил — вода (7:3 по объёму), для колонки с сорбентом Separon SGX CN - гексан, хлористый метилен, смеси метанол — вода и ацетонитрил — вода (7:3 по объёму) при комнатной температуре. Подвижную фазу перед началом анализа дегазировали ультразвуком и отфильтровывали с помощью фильтров марки Filtrak. Растворы сорбатов готовили растворением индивидуальных кристаллических веществ в подвижной фазе. В случае нерастворимости их в подвижной фазе, подбирали подходящий растворитель и вводили пробу в виде раствора.
Удерживание исследованных соединений характеризовали величинами фактора удерживания (к,), относительным удерживанием (г ), рассчитанными по формуле [147]: ki = (tRiM)/tM, (2.1) Гі/st= щ kst» (2.2) где t& - время удерживания исследуемого соединения (мин.); tM - время удерживания несорбирующегося вещества (мин.); kj и кя - факторы удерживания исследуемого вещества и стандарта (бензол). В качестве несорбирующегося вещества в НФ-варианте ВЭЖХ использовали четыреххлористый углерод, в ОФ ВЭЖХ - нитрит натрия.
Результаты получали из пяти параллельных измерений, общая погрешность измерений величин к составляла ±3,5%, величин ryst - ± 2,5%.
Для количественной оценки различий в удерживании исследуемых веществ определяли разности их дифференциальных мольных свободных энергий сорбции Гиббса для пары рассматриваемых соединений (8(AG)jiSt) (Дж/моль) [147]:
Зависимость удерживания от состава подвижной фазы
Исследованные вещества принадлежат к числу полифункциональных, содержащих липофильный адамантильный радикал и различные по природе и свойствам заместители, поэтому они способны вступать как в неполярные, так и в специфические взаимодействия с компонентами хроматографической системы.
Поскольку в условиях обращенно-фазового варианта ВЭЖХ производные адамантана удерживаются за счет дисперсионного взаимодействия объемного адамантанового каркаса с неполярной неподвижной фазой, различия в величинах характеристик удерживания будут определяться природой заместителя в адамантановом ядре и природой используемого элюента. 3.1.1.1. Зависимость удерживания от состава подвижной фазы. Для изучения влияния содержания органического компонента в подвижной фазе на хроматографическое удерживание в ОФ-варианте ВЭЖХ в качестве элюента использовали смесь ацетонитрил — вода в объемных соотношениях 7:3 и 9:1. Полученные характеристики хроматографического удерживания исследованных соединений приведены в таблице 1.
Установлено, что повышение полярности Рис. 5. Строение молекулы ацетонитрила подвижной фазы (добавление воды) спо собствует увеличению силы притяжения полярных молекул растворителя одна к другой, как бы «прижимающее» растворенные, менее полярные молекулы к неполярной поверхности неподвижной фазы [22]. Таким образом, увеличение количества воды приводит к ослаблению взаимодействия с ПФ и росту удерживания сорбатов. Именно поэтому для малополярных производных адамантана, содержащих фенильные или тиенильные радикалы, величина к резко возрастает при увеличении содержания воды. Удерживание же производных с гидрофильными полярными заместителями увеличивается незначительно.
Возрастание относительного содержания органического компонента (ацетонитрила) в подвижной фазе не влияет на порядок элюирования исследованных соединений, но приводит к уменьшению величин факторов удерживания и термодинамических характеристик сорбции, что, по-видимому, связано с усилением роли специфических взаимодействий с элюентом.
На рис. 6 представлена корреляция величин удерживания для разных соотношений водно - ацетонитрильной смеси на неполярном сорбенте. Обычно такие зависимости исследуют для сравнения удерживания на двух сорбентах [121], получая уравнение вида lg kA = a + b-lg kB, где kA и kB - факторы удерживания на сорбентах А и В соответственно. Значения коэффициента b указывают на степень термодинамической близости процессов в двух системах. Как видно из графика (рис. 6), для производных адамантана, со держащих электроноакцепторные заместители (соед. 3, 5, 6, 9, 12), наблюдаются отклонения от корреляционной прямой.
Возможно, это связано с тем, что для указанных соединений помимо сольво-фобных взаимодействий в подвижной фазе имеют место взаимодействия молекул сорбата с остаточными силанольными группами сорбента, которые в незначительном количестве присутствуют на поверхности силикагеля после его модификации [98, 131,188].
Понижение содержания органического компонента способствует более полному разделению этих соединений, однако значительно увеличивает время их элюирования из хроматографической колонки. Так, например, для 1-фениладамантана при содержании ацетонитрила в ПФ до 90% фактор удерживания k = 1,25, а при уменьшении концентрации органического компонента до 70% значение к возрастает до 6,03.
Из полученных данных следует, что производные адамантана, содержащие электроноакцепторные функциональные группы -СООН, -ОН, -О, характеризуются весьма незначительными факторами удерживания, не пре вышающими при разных составах ПФ 0,50 - 0,80. Взаимодействие этих функциональных групп исследованных соединений с полярными группами элюента приводит к уменьшению величин удерживания (табл. 1), и они элюируются из колонки значительно быстрее остальных молекул. Наиболее сильно взаимодействуют с полярным элюентом -ОН и -СООН группы, образующие водородную связь с составляющими элюент молекулами ацетонит-рила и воды [98, 188]. Так, из табл. 1 видно, что молекулы адамантанкарбо-новых кислот (соед. 8-13) имеют небольшие значения факторов удерживания при составе водно - ацетонитрильной ПФ 9:1 (например, 0,04 и 0,03 для соед. 9 и 12 соответственно). Это свидетельствует о том, что они очень слабо удерживаются или практически не сорбируются на неполярной неподвижной фазе из среды полярного элюента. При повышении содержания воды от 10 до 30 % удерживание кислот ряда адамантана увеличивается, но по-прежнему остается невысоким. Можно предположить, что, несмотря на большую площадь гидрофобной поверхности (адамантильный фрагмент), доминирующий вклад в удерживание этих соединений вносит способность их молекул к образованию прочных водородных связей как с молекулами органического компонента (ацетонитрила), так и с молекулами воды. Таким образом, это приводит к усилению взаимодействия данных соединений с полярным элюентом, снижению удерживания на неполярной неподвижной фазе, и следовательно, уменьшению фактора удерживания.
Исследование корреляционных зависимостей "структура — свойство"
Для нахождения количественных соотношений между структурой и свойством применяют различные методы математического моделирования, выбор которых определяется типом химических соединений, их агрегатным состоянием и анализируемым свойством. В ряде случаев для характеристики молекул используют физико-химические параметры, отражающие строение косвенным образом, а также и более формальные и простые методы, основанные на описании строения молекулы структурной формулой.
При решении многих задач, связанных с описанием структуры молекул, весьма перспективным, быстрым и удобным является топологический подход, обладающий высокой информативностью, широкими аналитическими и прогностическими возможностями. Топологический подход предполагает, прежде всего, исследование порядка взаимодействия атомов в молекуле и во многих случаях вполне адекватно отражает взаимосвязь между структурой и свойствами, поэтому теоретико-графовые и топологические представления приобретают все возрастающую роль в исследовании строения и свойств химических соединений [41-47, 59, 201]. Используемые в этих целях топологические индексы (ТИ) позволяют учесть электронные и геометрические особенности топологически закодированной химической структуры. Существенным преимуществом ТИ является их простое и быстрое определение непосредственно из структурной формулы вещества, что особенно важно при прогнозировании и оценке физико-химических свойств гипотетических структур, для которых отсутствуют экспериментальные данные.
В последнее время интерес к ТИ значительно возрос, в литературе предложено и определено большое количество разнообразных ТИ [58, 60]. Предполагается, что наиболее эффективными при описании химической структуры являются индексы, по-разному описывающие близкие структуры, то есть способные «различать» (дискриминировать) соединения определенного класса. Это свойство ТИ обусловлено существованием их взаимосвязи с параметрами, характеризующими свойства молекул. Так, индекс Винера коррелирует со стерическими параметрами, определяемыми формой и размерами молекулы (площадь, объем, поляризуемость, молекулярная рефракция), а индекс Рандича отражает электронное строение (потенциал ионизации, сродство к электрону, поляризуемость, химические сдвиги в спектре ЯМР, спиновые плотности и др.), геометрические характеристики, а также локальные особенности молекулярной структуры [37,38].
Индексы связанности в зависимости от их порядка обладают различной дискриминирующей способностью. В связи с тем, что соотношения "структура - свойство" играют ведущую роль в идентификации близких по структуре и проявляемым свойствам органических соединений, дискриминирующая способность ТИ является весьма важной характеристикой. 3.2.1. Корреляции «топологический индекс—свойство»
Представлялось интересным исследование взаимосвязи "структура -свойство" для более широких по сравнению с гомологическими рядами таксономических групп, сформированных с применением метода структурной аналогии. В таблице 8 представлены топологические характеристики и некоторые физико-химические параметры карбонильных производных - одного из рядов структурных аналогов, отличающихся заместителем в узловом положении адамантанового каркаса.
Из полученных данных видно, что для рассмотренных соединений с возрастанием порядка ИС наблюдается монотонное уменьшение значений индексов для каждого соединения. Поскольку из литературы известно, что топология молекулы определяется распределением электронной плотности, а, следовательно, ее строением [41, 44], то монотонному увеличению объема молекулы, поляризуемости и молекулярной рефракции соответствует возрастание значений индекса Винера.
Вместе с тем, возрастание величин логарифма коэффициента распределения в системе «-октанол - вода согласуется с увеличением значений индексов связанности в ряду рассмотренных соединений.
В таблице 8 Приложения представлены рассчитанные для всех изученных в работе соединений ИС и индексы Винера. Из полученных данных следует, что дискриминирующая способность индекса Винера и ИС по отношению к группам структурных аналогов достаточно велика. Индексы различают представителей гомологических рядов, отдельных групп структурных аналогов, а также соединения с одинаковым числом атомов углерода в молекуле. Внутри каждой группы структурных аналогов разница в значениях W составляет от 20 до 140 единиц индекса.
Дискриминирующая способность ТИ к отдельным группам структурных аналогов оказывается различной и определяется типом замещения в адамантановом каркасе - природой, положением и количеством заместителей. Так, ТИ различают структурные аналоги, образованные увеличением числа метальных радикалов в молекуле или удлинением алкильной цепи заместителя. Например, для различающихся на одну метильную группу 3,5-диметил-1-гидрокси- и 3,5-диметил-1-гадроксиметиладамантанов значения W равны 187,13 и 237,83 единиц индекса соответственно. Заметной оказывается и разница в индексах связанности разных порядков для членов гомологических рядов. Так, для этих же соединений при замене гидрокси-грушты на гидроксиметил- индекс Рандича нулевого порядка увеличивается на 0,70 ед. индекса, первого порядка - на 0,45 ед. индекса, как и для алкиладамантанов [202,203].
