Уточнение структуры Винпоцетина методом РСА

Алкалоиды барвинка малого и их производные широко применяются в медицинской и ветеринарной практике. Наиболее известны винкаалкалоиды: винкристин, винбластин и винорелбин [1] (рис. 1). Викристин как противораковое средство преимущественно применяется в ветеринарии [2]. При этом винкристин ранее использовался в медицинской практике, но был исключен из рекомендаций в связи с индицированием нейропатий [3]. При этом в некоторых работах винкристин рассматривают к применению в сложных комбинациях (например, с антителами [4]). Другим путем исследования является включение данных веществ в векторы для адресной доставки, что должно снизить нейро- и кардиотоксичность [5]. Винорелбин до сих пор используют при метастатическом раке молочной железы [6, 7]. Помимо трех противораковых средств, в листьях барвинка встречается винкааалкалод винкамин. На данный момент он применяется как сосудорасширяющее и улучшающее метаболизм средство [8].

На основе винкристина в ХХ веке был получен полусинтетический алкалоид – винпоцетин [8]. На данный момент в РФ, Германии, Китае, США и ряде стран европейского союза он отпускается как биологически активная добавка к пище [9]. Хотя винпоцетин и может быть получен из винкамина [8], также описан и его полный синтез [10].

Винкристин

Винбластин

Винорелбин

Рис. 1. Некоторые алкалоиды барвинка малого

Винкамин

Данное лекарственное сред ство активно применяется для улучшения микроциркуляции, при этом в 2020 году было зарег истрировано 607 препаратов с МНН винпоце тин, 96,5 % из кото рых являлись монопрепаратами [11]. Вместе с тем обсуждаются новые доводы о положительном влиянии винпоцетина на состоя ние неровной системы и/или микроциркуля ции, например, при терапии постковидных состояний [12]. Также активно изучается возможный механизм действия, в качестве которого рассматриваются ингибирование фосфодиэстеразы, влияние на натриевые каналы и влияние на мозговой нейтротрофический фактор.

Также вещество активно пр именяется в медицине и служит основой для разработки как н о вых комбинаций, так и новых лекарственных форм [13, 14]. В том числе для моделирования по ведения лекарственной формы ( высвобождения винпоцетина) были использо ваны методы мол екулярной динамики [15] . В друг ой работе моделировали взаимодействие лип осомы , содержащей винпоцетин с клеточной мембраной [16].

С другой стороны, продол жаются попытки найти новые соединения данной природы с повышенной активностью. Например, рассматривают влияния в ф енольном кольце электрофильными заместителями [10] . При этом в ранних работах описаны проц ессы электрофи льного замещения в положение 3’: введение нитрооксильного радикала и бромирование [17] (рис. 2, нумерация положений в структуре винпоцетина приведена согласн о работе [18]).

Рис. 2. Положение в составе винпоцетина, восприимчивое к электрофильной модификации

Наиболее реакционно активной безусловно является сложноэфирная группа (рис. 3). Модификация с восстановлением приводит к усилению вазодилатирующего эффекта [19, 20]. В то же время описано производное, полученное переэтерификацией с 18F-содержащим атомом [21]. Другим примером простой дериватизации можно привести получение аминосодержадего фрагмента с 2–3-углеродной цепочкой [18].

Рис. 3. Возможные модификации винпоцетина [20]

В другой публикации рассматриваются сокристаллы винпоцетина и яблочной кислоты [22].

Такой повышенный интерес к данной молекуле в литературе и практике позволяет считать актуальным уточнение её структуры в твердом агрегатном состоянии. Также необходимо отметить, что описание его кристаллической решетки с большей достоверностью может быть использовано для квантово-химических моделирований как новых веществ, так и поведения уже известных.

Экспериментальная часть

Винпоцетин был предоставлен безвозмездно в виде субстанции Винпоцетин (Covex®). Содержание винпоцетина 98,8% (согласно прилагаемому сертификату). Качество субстанции было проверено методами ЯМР 1Н, 13С.

Кристалл винпоцетина был получен путем медленного упаривания его раствора в метаноле, использованного частично при разработке стандартизации препарата на основе винпоцетина и экстракта гинкго [23].

Рентгеноструктурный анализ ( РСА ) кристалла винпоцетина проведен на автоматическом 4-кружном дифрактометре с CCD-детектором Xcalibur 3 по стандартной процедуре (МоK α -излучение, графитовый монохроматор, ω-сканирование с шагом 1° при Т = 295(2) К). Поправка на поглощение не вводилась из-за её малости. Структура определена прямым статистическим методом и уточнена полноматричным МНК по F² в анизотропном приближении для всех неводородных атомов. Атомы водорода С-Н связей помещены в геометрически рассчитанные положения и включены в уточнение в модели «наездника». Все расчеты проведены c использованием программного пакета ShelXL [24]. Все расчеты проведены в программной оболочке Olex2 [25]. Кристаллографические данные и результаты уточнения структур приведены в таблице. Полные

таблицы координат атомов, длин связей и валентных углов депонированы в Кембриджском банке структурных данных (No. 2430862; ; .

Кристаллографические данные, параметры эксперимента и уточнение структуры винпоцетина

Параметр	Значение	Параметр	Значение
Формула	C 22 H 26 N 2 O 2	–1 µ , мм	0,080
М	350,45	F (000)	376.0
Сингония	моноклинная	Размер кристалла, мм	0,25 × 0,2 × 0,15
Пр. группа	P 2 1	Область сбора данных по 2 θ , град.	5,68 to 52,84
a , Å	8,9434(17)	Интервалы индексов отражений	–11 ≤ h ≤ 11, –11 ≤ k ≤ 9, –14 ≤ l ≤ 11
b, Å	9,562(2)	Измерено отражений	5310
c, Å	11,336(3)	Независимых отражений	2019
α ,º	90,00	R int	0,0464
β,º	106,47(2)	Переменных уточнения	235
γ ,º	90,00	GOOF	1,009
V , Å3	929,6(4)	R -факторы по F 2 > 2 σ ( F 2)	R 1 = 0,0355, wR 2 = 0,0502
Z	2	R-факторы по всем отражениям	R 1 = 0,0828, wR 2 = 0,0521
ρ (выч.), г/см3	1,252	Остаточная электронная плотность (max/min), e/A3	0,16/–0,21

Обсуждение результатов

Ранее структура винпоцетина была описана в работе [26] на основе данных РСА с фактором расходимости (R-фактор) 0,043. В настоящей работе нам удалось получить монокристалл винпоцетина и уточнить его атомную структуру методом РСА (рис. 4). При этом R-фактор оказался немного ниже – 0,036, что свидетельствует о лучшем качестве проведенного анализа.

Рис. 4. Данные РСА винпоцетина в тепловых эллипсоидах 50 % вероятности и принятая в структурном эксперименте нумерация атомов

Атомы ароматического индольного фрагмента ожидаемо лежат в одной плоскости, максимальный выход из которой наблюдается для мостикового атома азота и составляет 0,039 Å. Линеарная полигетероатомная трицеклическая система тетрагидрокарболина отличается тем, что атом азота N(2) гидрированного пиридинового цикла выходит из общей плоскости остальных атомов на 0,653 Å. Для ангулярной тетрагидропиридо[1,2- a ]индольной системы наблюдается выход из её плоскости атомов углерода С(13) и С(14) с расстоянием 0,806 и 0,327 Å соответственно. Ещё один шестичленный цикл, расположенный относительно тетрациклической системы индо-ло[3,2,1- de ][1,5]нафтиридина под углом 83,9 ° (рис. 5), имеет конформацию кресла. Торсионный угол связей С(12)-С(13)-С(14)-С(15) составляет –85,5 ° (лит. –88,6 ° [26]), ориентация этильного заместителя описывается торсионным углом С(14)-С(13)-С(18)-С(19), который равен 67,65 ° (лит. 66,38° [26]).

Рис. 5. Геометрия молекулы винпоцетина. Угол между шестичленным циклом и системы индоло[3,2,1- de ][1,5]нафтиридина 83,9°

Кроме того, авторы работы [26] не описывают особенности упаковки молекул винпоцетина в кристалле, что, в свою очередь, представляет интерес для кристаллохимии и позволяет выявить связи строения вещества с его физико-химическими свойствами. Отметим, что посредством слабых водородных связей С(21)-Н(21В)…О(2) (расстояние D-H…A 2,66 Å, ˂DHA 121°, расстояние D…A 2,27 Å) молекулы соединения формируют двойные ленты вдоль оси b (рис. 6).

Рис. 6. Упаковка молекул винпоцетина в кристалле (показана проекция вдоль оси а)

Заключение

Таким образом, нам удалось уточнить кристаллическую структуру Винпоцетина методом РСА, при этом качество проведенного эксперимента оказалось более высоким по сравнению с описанным ранее (в частности, R-фактор в нашем случае составляет 0,036 по сравнению со значением 0,043, описанным ранее).