Вісник СНТ ДонНУ 2014

Fig. 3. Geographic location scheme of clusters of sources of CO2 emissions, possible sites for the geological storage of CO2 and the direction of transport of CO2 from emission sources to the geological storage sates.

Recommendations on the allocation of plots of CO2 storage. Operation proceeds to the step, which includes analytical studies of reservoir properties of each layer at different depths, mineralogical and spectrographic analyzes of rocks that form the horizon, the study of hydrodynamic, hydro-geological and structural-tectonic features of the entire thickness to the depth of the proposed store. Based an these data collector capacitance can be calculated.

Only when the full complex of studies will be carried out, the conclusions about the suitability of the selected horizons for long term storage of CO2 will be made, and most importantly – the conclusion of the environmental services of process safety injection and storage of CO2 to the environment and people, it will be possible to proceed to the stage of preparation of experimental studies. Based on the results of foreign geological storage of CO2 and features of the geological structure of the Donets Basin Districts (Novomoskovskiy, Petrikovskiy, Lozovskaya, Starobelsky and North-western outskirts of the Donbass) are proposed for further study of their potential geological storage of CO2.

Summarizing the results of these preliminary studies, which are based on open sourse information, the geographical location scheme of clusters of seurces of CO2 emissins, possible sites for the geological storage of CO2 and the approximate direction of transport of CO2 from emission sources to storage tanks was built, where conventional sources of CO2 clusters are marked with yellow hatched ovals, from which the blue arrows indicate the approximate direction of transport of CO2 to the alleged sites of storage – brown dash-dotted ovals (fig. 3). Furthermore, black squares show the location of existing coal mines near which reservoirs for CO2 storage fundamentally cannot be placed [4].

The Figure 3 shows the location of exploration wells from which the samples were taken in order to determine the porosity of rocks by means of computerized tomography on the synchrotron.Hereinafter 5 samples have been studied in the software avizofire with 2- times and 10-times enlargement. Obtained porosity value is about 3, which allows us to make a preliminary conclusion of the promising use of Donbas sedimentary deposits for long-term CO2 storage [5].

REFERENCES

1.Shestavin M.S., Osetrov V.V., Yurchenko V.V. / Preliminary Assessment of the Potential CO2 Sources and Sinks of the Eastern Ukraine// Proceedings in Advanced Research in Scientific Areas (ARSA 2012)

–The 1st Virtual International Conference (Slovac Republic, Zilina, December 3–7, 2012.). – Zilina: University of Zilina, 2012. – P. 1374–1380. (in English)

2.Осетров В.В., Шеставин Н.С., Юрченко В.В. / Оценка возможностей геологического хранения

CO2 в осадочных отложениях Донбасса//Современная наука: Актуальные проблемы теории и практики – Серия «Естественные и технические науки», 2012. – No. 6/7. – C. 43–49.

291

3. Бескровная М.В., Юрченко В.В., Кобченко М. /Исследование геологических пород, перспективных для секвестрации CO2, с использованием данных рентгеновской томографии на синхротроне//Ibid. – С. 12–15.

4.Ступин А.Б., Бескровная М.В., Юрченко В.В., Кобченко М. / Исследование геологических

пород, перспективных для секвестрации CO2, с использованием данных рентгеновской томографии на синхротроне//Вести автомобильно-дорожного института ДНТУ, 2012 – No.2 (15). – С. 256–262.

5.Бескровная М.В., Юрченко В.В., Кобченко М. / Определение пористости горных пород,

перспективных для геологического хранения CO2 по данным рентгеновской томографии на синхротроне//Сборник научных трудов Международного научно-практического симпозиума «Низкоуглеродные открытые инновации для регионов Украины», Том 2 под общ.ред. С.В. Беспаловой, Н.С. Шеставина, ЛКОИ11, Донецк-Юго-Восток. – С.12–16.

УДК 544.18-544.176

MP2 ТА DFT ДОСЛІДЖЕННЯ ВНУТРІШНЬОМОЛЕКУЛЯРНОЇ ДИНАМІКИ 2-ПІРІДИН-2-ІЛ-1Н-БЕНЗІМІДАЗОЛА

К. В. Рульова., О. В. Ракша

Резюме. У роботі представлені результати DFT і MP2 теоретичних досліджень внутрішньої динаміки 2- (піридин-2-іл)-1H-бензімідазолу. В наближенні даних методів розраховані структурні параметри для конформерів 2-(піридин-2-іл)-1H-бензоімідазолу, оцінені значення внутрішніх бар'єрів обертання, розраховані хімічні зсуви ядер 1H і 13C. Виконано порівняльний аналіз розрахованих та експериментальних величин.

Ключові слова. 2-пірідин-2-іл-1Н-бензімідазол, DFT, MP2, молекулярне моделювання, внутрішньомолекулярна динаміка, конформери.

Вступ

Похідні бензімідазолу – перспективні сполуки-лідери в дизайні лікарських препаратів, що мають антимікробну, противірусну та протиракову активність [1]. Введення в структуру бензімідазолу піридинового фрагмента забезпечує додатковий координаційний центр і відкриває широкі можливості для створення на основі такої структури біоміметичних каталітичних і сенсорних систем. Ефективність і селективність таких систем буде залежати від конформаційних властивостей пірідинілбензімідазольного фрагмента.

Похідні бензімідазолу, як відомо, мають цікаві фотохімічні і фотофізичні властивості [2-6]. У роботах [7-12] 2-пірідин-2-іл-1Н-бензімідазол пропонується як модельна сполука для вивчення вмісту води у мембранах паливних елементів. Молекула існує як монокатіон, дікатіон або у нейтральній формі в основному стані, залежно від кислотності середовища і зазнає збудженого стану при внутрішньомолекулярному перенесенні протона з утворенням таутомерної формі у збудженому стані [10]. Цей процес відбувається через водний місток, що складається з однієї молекули води, або шляхом передачі атома водню з азоту імідазолу в азот піридину [10-13].

Метою даної роботи є вивчення внутрішньомолекулярної динаміки 2-пірідин-2- іл-1Н-бензімідазолу та параметрів його ЯМР 1Н і 13С спектрів методами комп'ютерної хімії.

Експериментальна частина

Експериментальні спектроскопічні ЯМР 1Н і 13С дослідження 2-пірідин-2-іл-1Н- бензімідазолу (PBI) виконані на пристрої Bruker Avance II 400 (400 МГц для ядер 1Н і

292

100 МГц для 13С), розчинник – хлороформ-d, внутрішній стандарт – тетраметилсилан. Спектроскопічні дослідження проводили при температурі 298 К.

Параметри молекулярної геометрії, електронної будови та термодинамічні характеристики молекули 2-пірідин-2-іл-1Н-бензімідазолу розраховували за допомогою програми GAUSSIAN03. На першому етапі виконувалась задача оптимізації молекулярної геометрії об’єктів, після чого проводився розрахунок частот гармонічних коливань та термодинамічних параметрів. Отримані після оптимізації молекулярної геометрії стаціонарні точки були визначені як мінімуми, оскільки для них були відсутні від’ємні значення аналітичних гармонічних коливальних частот. Для вирішення задачі вибору оптимального методу розрахунку геометрії 2-пірідин-2-іл-1Н-бензімідазолу було виконано оцінку параметрів будови молекули в наближенні методів Хартрі –Фока (HF) з базисним набором 6-31G та з врахуванням кореляції електронів в рамках методів МР2/6-

31G і B3Р86/6-31G.

Розрахунок хімічних зсувів ядер 1Н і 13С в молекулі 2-пірідин-2-іл-1Н- бензімідазолу виконано методом GIAO [14] в наближенні моделі ізольованої частинки. Для розрахунку використані рівноважні геометрії PBI, одержані в наближенні методів MP2/6-31G та B3P86/6-31G. На основі одержаних в результаті розрахунку констант магнітного екранування ( , м.ч.), оцінювали величини хімічних зсувів ( , м.ч.) ядер 1Н и 13С в молекулі PBI. Як стандарт використано тетраметилсилан (ТМС), для якого було виконано повну оптимізацію молекулярної геометрії та розрахунок з використанням однакового рівня теорії і базисного набору. Величини хімічних зсувів ядер 1Н и 13С находили як різницю констант магнітного екранування відповідних ядер в молекулі TMС і 2-пірідин-2-іл-1Н-бензімідазолу.

Результати та їх обговорення

Рівноважна молекулярна конфігурація PBI на першому етапі була отримана в наближенні методу Хартрі-Фока з базисним набором 6-31G. Вона стала вихідною для подальших досліджень з використанням методів MP2/6-31G та B3P86/6-31G і (рис. 1). В даному випадку обидва фрагмента (пірідиновий і бензімідазольний) розташовані в одній площині і величина торсійного кута С-С-C-N складає 0º. Така рівноважна конфігурація була використана у подальших розрахунках для вивчення внутрішньомолекулярної динаміки пірідинового фрагмента.

ВЗМО

НВМО

Рис. 1. Рівноважна молекулярна конфігурація 2-пірідин-2-іл-1Н-бензімідазолу, отримана методом МР2/6-31G та візуалізація граничних молекулярних орбіталей

Як координату внутрішньо-молекулярного обертання для дослідження внутрішньо молекулярної динаміки в молекулі PBI використали торсійний кут Θ = С9- С8-C7-N1 (нумерація атомів відповідно Рис. 1). Величину Θ варіювали в межах від 0° до 360° з кроком 15° при повній оптимізації всіх інших геометричних параметрів молекули PBI. В наближенні методів MP2/6-31G та B3P86/6-31G розраховано зміну повної енергії 2-пірідин-2-іл-1Н-бензімідазолу при внутрішньомолекулярному

293

Розраховані величини представлені у таблиці 1. Вони непогано співпадають з експериментальною величиною [15], одержаною методами ЯМР 1Н і 13С спектроскопії.

Таблиця 1 Характеристики конформерів PBI і величина бар’єра внутрішньомолекулярного обертання

Для визначених конформерів молекули PBI розраховані параметри ЯМР 1Н і 13С спектрів. Хімічні зсуви ядер 1Н і 13С, розраховані в наближенні методів MP2/6-31G і B3P86/6-31G, для конформерів молекули PBI порівняли з відповідними експериментальними параметрами спектрів. Спостерігаються лінійні залежності між розрахованими квантово-хімічно та одержаними експериментально величинами. На рисунку 4 представлені типові залежності.

Рис. 4. Залежність між експериментальними та розрахованими в наближенні методів MP2/6-31G та B3P86/6-31G величинами хімічних зсувів ядер 13С молекули 2-пірідин-2-іл-1Н-бензімідазолу (1 - конформер 1, 2 - конформер 2)

Найкраще узгодження між експериментальними і розрахованими величинами хімічних зсувів ядер молекули PBI спостерігається у випадку конформеру 1. Це узгоджується з результатами дослідження внутрішньо молекулярної динаміки молекулі. Кореляція між розрахованими і експериментальними величинами краща у випадку параметрів ЯМР 13С спектрів порівняно із відповідними величинами для ЯМР 1Н спектрів. Тому плануються подальші дослідження молекули PBI методами MP2/6- 31G і B3P86/6-31G з врахуванням впливу розчинника.

Висновки

В наближенні методів MP2/6-31G та B3P86/6-31G досліджено молекулярну структуру та внутрішньомолекулярну динаміку молекули 2-пірідин-2-іл-1Н- бензімідазолу. Показано наявність двох конформерів для молекули PBI. Причому найбільш стабільною є конформація молекули з координатою Θ=0º. Визначено бар’єри внутрішньомолекулярного обертаня. Перехід конформер 1→ конформер 2 складає ~56 кДж/моль. Енергетичний бар’єр конформер 2→ конформер 1 складає ~2 кДж/моль. Таким чином, молекула 2-пірідин-2-іл-1Н-бензімідазолу є конформаційно лабільною.

295

Експериментально і в наближенні методів MP2/6-31G та B3P86/6-31G досліджені параметри ЯМР 1Н і 13С спектрів молекули PBI. Показано, що між експериментальними та розрахованими величинами спостерігається лінійна залежність. Найкраще узгодження експериментальних і розрахованих величин спостерігається у випадку конформеру з найменшою енергією.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1.Benzimidazole derivatives – an overview / R. Walia, Md. Hedaitullah, S.F. Naaz [et al] // Int. J. Research Pharm. Chem. – 2011. – Vol. 3, Iss. 1. – P. 565-574.

2.Potter C.A.S. Excited-state intramolecular proton transfer in polar solutions of 2-(2′- hydroxyphenyl)benzothiazole / C.A.S. Potter, R.G. Brown // Chem. Phys. Lett. – 1988. – Vol. 153, Iss. 1. – P. 7

– 12.

3.Sinha H.K. Environmental effects on the absorption and fluorescence spectral characteristics of benzimidazole-2-carboxylic acid and its ester / H.K Sinha, S.K. Dogra // Bull. Chem. Soc. Jpn. – 1989. – Vol.

62.– P. 2668 –2675.

4.Sinha H.K. Electronic spectra of benzimidazolecarboxylic acids: effect of solvents and acid concentration / H.K Sinha, S.K. Dogra // Spectrochim. Acta, Part A. – 1989. – Vol. 45. – P. 1289–1295.

5.Excited-state intramolecular proton transfer in 2-(2-hydroxyphenyl)benzimidazole and -benzoxazole: effect of rotamerism and hydrogen bonding / K. Das, N. Sarkar, A.K. Ghosh [et al] // J. Phys. Chem. – 1994. – Vol. 98. – P. 9126–9132.

6.Picosecond vibrational relaxation in the excited-state proton-transfer of 2-(3′-hydroxy-2′- naphthyl)benzimidazole / A. Douhal, F. Amat-Guerri, A.U. Acuna [et al] // Chem. Phys. L ett. – 1994. – Vol.

217.– P. 619–625

7.Proton transfer spectroscopy of 2-(2'-hydroxyphenyl)imidazole and 2-(2'-hydroxyphenyl)benzimidazole dyes / A. Douhal, F. Amat-Guerri, M.P. Lillo [et al] // J. Photochem. Photobiol. A. – 1994. – Vol. 78. – P. 127–

8.A proton-transfer dye laser pumped by the third harmonic of a Nd: YAG laser / R. Duchowicz, M. Ferrer, F. Amat-Guerri [et al] // Opt. Commun. – 1994. – Vol. 104. – P. 336–338.

9. 2-(2′-Pyridyl)benzimidazole as a fluorescent probe of hydration of Nafion membranes / S.S. Iyer., S. Dhrubajyoti, A. Dey, A. Kundu [et al] // Indian J. Chem. – 1999. – Vol. 38A. – P. 1223–1227.

10. Iyer E.S.S. Microheterogeneity in native and cation-exchanged Nafion membranes / E.S.S. Iyer,

A.Datta // J. Phys. Chem. B. – 2012. – Vol. 116. – P. 9992−9998.

11.Iyer E.S.S. Influence of external electrolyte on ion exchange in Nafion membranes / E.S.S. Iyer,

A.Datta // RSC Advances – 2012. – Vol. 2. – P. 8050−8054.

12.Kondo M. Fluorescence spectra of 2-Pyridylbenzimidazoles. A specific interation of 2-(2- Pyridyl)benzimidazole with ethanol / M. Kondo // Bull. Chem. Soc. Jpn. – 1978. Vol. – 51. – P. 3027−3029.

13.Guin M. Infrared-optical double resonance spectroscopic measurements on 2-(2′-

Pyridyl)benzimidazole and its hydrogen bonded complexes with water and methanol / M. Guin, S. Maity, G.N. Patwari // Phys. Chem. A. – 2010. – Vol. 114. – P. 8323−8330.

14.Wolinski K. Efficient implementation of the gauge-independent atomic orbital method for NMR chemical shift calculations / K. Wolinski, J.F. Hilton, P. Pulay // J. Am. Chem. Soc. – 1990. – Vol. 112. – P. 8251–8260.

15.Variable-temperature NMR studies of 2-(pyridin-2-yl)-1H-benzo[d]imidazole / Anchi Yeh, Chi-Yu Shih, Lieh-Li Lin [et al] // Life Science Journal. – 2009. – Vol. 6, No. 4. – P. 1–4.

УДК 612:615.214:616.89

ВЛИЯНИЕ ИЗБИРАТЕЛЬНОЙ СТИМУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ НЕЙРОМЕДИАТОРНИХ СИСТЕМ НА МОДИФИКАЦИЮ ТРЕВОЖНОГО ПОВЕДЕНИЯ ЖИВОТНЫХ С ИСХОДНО ВЫСОКИМ УРОВНЕМ ТРЕВОЖНОСТИ

А. Н. Скоропадская, Е. Г. Цуканова, Г. А. Фролова

Резюме. Исследована индивидуальная чувствительность к стимуляции активности нейромедиаторных систем на модификации тревожного поведения животных с исходно высоким

296

уровнем выраженности данной психоэмоциональной характеристики. Установлено, что стимуляция норадреналин- и дофаминергической систем мозга вызвала анксиолитический эффект.

Ключевые слова: тревожность, нейромедиаторные системы.

Вмедицинской практике тревожные и тревожно-фобические состояния могут наблюдаться как в рамках самостоятельных форм, так и в качестве неврозов. Очень часты тревожные расстройства в сочетании с депрессивной симптоматикой [1, 2]. Такого рода заболевания являются весьма сложными в фармакотерапевтическом плане. Выбор адекватного препарата для коррекции тревожных и тревожно-депрессивных расстройств должен основываться как на известных механизмах формирования синдрома тревоги, так и на фармакологических характеристиках тех или иных средств.

Механизм индукции тревожных расстройств достаточно сложен. По современным представлениям, развитие тревоги не является результатом нарушения функции какойлибо одной нейромедиаторной системы, а отражает дисбаланс различных нейромедиаторов на самых разных уровнях структурно-функциональной организации [2, 3]. Традиционно, ключевое место в формировании отмеченного дисбаланса отводят ГАМК-ергической системе. В то же время в последние годы накапливается все больше данных, свидетельствующих о важной роли в патогенезе тревожных расстройств дисфункции серотонинергической системы, а также глутаматной и нейропептидной медиации. Однако, отсутствуют данные о вкладе норадренергической и дофаминергической систем в формирование тревожного поведения.

Всвязи с этим в представленном фрагменте комплексной работы изучено влияние стимуляции некоторых нейромедиаторных систем на проявление тревожного поведения белых крыс.

Материалы и методы. Эксперимент был выполнен на 90 белых лабораторных крысах-самцах массой 180±8 г., содержащихся в виварии в стандартных условиях. Уровень тревожности устанавливали с помощью стандартной методики приподнятого крестообразного лабиринта (ПКЛ) согласно выраженности маркерного показателя тревожности – времени пребывания животного на открытом пространстве ПКЛ (центр+открытые рукава). Исходная группа (90 особей) была первоначально протестирована в условиях ПКЛ для отбора животных с высокой тревожностью (контрольное исследование). Отобранные высокотревожные особи (n=37) были случайным образом разделены на 3 подгруппы, которые принимали участие в дальнейшем эксперименте. На первой подгруппе (n=13) исследовали влияние стимуляции серотонинергической системы L-триптофаном (100 мг/кг, в/бр), на второй (n=12) – стимуляции норадренергической системы мапротилином (20 мг/кг, в/бр), на третьей (n=12) – стимуляции дофаминергической системы эглонилом (1 мг/кг, в/бр) на модификации тревожного поведения животных.

Первичные экспериментальные данные обрабатывались с помощью общепринятых методов математической статистики. Разделение исследуемой популяции животных на группы с различными индивидуально-типологическими особенностями проводилось

согласно правилу 0,67 . Для оценки достоверности различий между результатами

контрольных и опытных исследований использовался U-критерий Манна-Уитни. С помощью корреляционного анализа устанавили наличие связей между определяемыми психоэмоциональными показателями животных. Математическая обработка материала проводилась с помощью пакета программ STATISTIСA 6.0 и Excel.

Обсуждение результатов. Установлено, что избирательная стимуляция активности нейромедиаторных систем у животных с исходно высоким уровнем тревожности выявила анксиолитический эффект (увеличение времени пребывания на открытом пространстве ПКЛ) при усилении активности катехоламинергических систем

297

(норадрен- и дофаминергической). В случае же введения L-триптофана достоверных отличий не установлено (рис. 1, А).

Кроме того, в результате стимуляции активности дофаминергической системы возросло количество повторных выходов на открытое пространство ПКЛ (на 44,4±6,18%, рu<0,05). Введение предшественника серотонина (рис. 1, Б) оказало противоположный эффект на данный показатель – количество выходов сократилось с

2,2±0,24 до 0,9±0,26 (рu<0,01).

Другой показатель тревожности – количество выглядываний из закрытых рукавов лабиринта (рис. 2, А) достоверно сократился у животных в результате введения L-

триптофана и депренила на 45,7±6,74% (рu<0,01) и 40,7±7,22% (рu<0,01)

соответственно. Стимуляция норадренергической системы мапротилином не оказала влияния на данный показатель тревожного поведения.

Двигательная активность, которая выражается в данном тесте в количестве переходов между закрытыми рукавами, сократилась в результате фармакологического воздействия стимулирующего характера на нейромедиаторные системы.

298

(L-триптофан) не изменили уровня выраженности исследовательской активности. Проведенный корреляционный анализ выявил следующие закономерности.

Так, в контрольных исследованиях для всех высокотревожных животных (n=40) выявлена прямая корреляционная зависимость между:

1.показателем времени пребывания на открытом пространстве ПКЛ и количеством:

 повторных выходов на открытое пространство(rконт=0,64, р<0,01)  вертикальных стоек (rконт=0,33, р<0,05);

2.между количеством повторных выходов на открытое пространство лабиринта и

числом:

 выглядываний из закрытых рукавов (rконт=0,45, р<0,01),

 количеством переходов между рукавами (rконт=0,44, р<0,01),  вертикальных стоек (rконт=0,57, р<0,01);

3.между количеством вертикальных стоек и количеством выглядываний из

закрытых рукавов (rконт=0,39, р<0,01).

После стимулирующих фармакологических воздействий на нейромедиаторные системы в случае введения L-триптофана и мапротилина была утрачена корреляционная зависимость между маркерным показателем и количеством выходов в открытые рукава, в то время как после стимуляции дофаминергической системы

депренилом направленность связи изменилась с прямой на обратную (rдепр=-0,51,

р<0,05, n=16).

Обращает на себя внимание сохранение прямой корреляционной зависимости между количеством повторных выходов на открытое пространство и выглядываниями из закрытых рукавов в случае всех трех воздействий. Отмечено возникновение отсутствующей в контроле корреляционной зависимости между выглядываниями из закрытых рукавов и количество переходов после стимуляции серотонинергической и дофаминергической систем.

Выводы. Таким образом, можно сделать вывод о том, что животные с исходно высоким уровнем тревожности проявляют наибольшую чувствительность к избирательной стимуляции кателоламинергических систем мозга. Модификация тревожного поведения животных свидетельствует о выраженном анксиолитическом эффекте активации дофамин- и норадренергической систем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Бурчинский С.Г. Проблемы фармакотерапии невротических и соматизированных депрессий: критерии выбора антидепрессанта / С.Г. Бурчинский // Здоров'я України. – 2005. – № 6. – С. 15.

2.Калуев А.В. Проблемы изучения стрессорного поведения. / А.В. Калуев – К.: Центр физиологобиохимических проблем, 1998. – 133 с.

3.Marks I.E. Cure and care of neurosis. – N.Y.: J.V. Scott Med Found, 2001. – 429 p.

4.Redoux L. Neurotransmitter basis of anxiety. Anxiety: basic and clinical research. – N.Y.: Hammerworth Press, 2001. – P. 36–50.

УДК 547-311 + 547.58 + 547.29 : 544.476

КІНЕТИКА РЕАКЦІЇ БЕНЗОЙНОЇ КИСЛОТИ З ЕПІХЛОРГІДРИНОМ В ПРИСУТНОСТІ ТРЕТИННИХ АМІНІВ

Ю. О. Слотіна, М. А. Сінельникова, О. М. Швед

Резюме. В роботі проведено дослідження температурно-структурних чинників на швидкість ацидолізу епіхлоргідрину бензойною кислотою в присутності третинних амінів. Визначено нульовий

300