实验和密度泛函理论Ibrutinib特点,布鲁顿的激酶抑制剂批准用于治疗白血病

文摘

Ibrutinib,布鲁顿的酪氨酸激酶b细胞发展中扮演着重要的角色和癌症细胞,最近被批准治疗慢性淋巴细胞和其他类型的白血病。这项研究集中在调查ibrutinib电子跃迁,振动频率和喷雾质谱。电子光谱实验的山峰被发现在248.0和281.0纳米,而νC = 0拉伸频率被发现在1652.4和1639.19厘米⁻¹。这些实验性质与相应的理论计算密度泛函理论的应用。优化的结构与使用混合函数计算得到(B3LYP)和高层基础集[6 - 311 + + g (d, p)]。大部分的计算振动频率显示一个相对良好的协议与实验的。ibrutinib电子跃迁的使用时间计算DFT方法进行两种不同的溶解方法:PCM和SMD。ibrutinib的质谱碎片,和同位素模式达成预期的光谱。

1。介绍

当前的生物学和化学的知识改善我们对癌症治疗的理解。例如,大多数癌症表达一些特定的分子称为肿瘤特异性抗原特异表达,在肿瘤发展过程中起着重要的作用。布鲁顿的酪氨酸激酶是一种酶,这种酶是重要的在b细胞的发展1- - - - - -3]。抑制这种酶被发现治愈各种疾病,如b细胞谱系癌,主要包括不同类型的白血病中常见的成年人。尽管化疗杀死BTK-lineage细胞,它也杀死了其他重要细胞在体内。然而,最近发现特定的分子对酶抑制杀人案激发激酶抑制领域的研究(4- - - - - -16]。

共价对抑制剂杀人案吸引的重视,因为它不可逆转地形成一个共价键与半胱氨酸基地(非催化Cys481)位于边缘的磷酸腺苷对这让杀人案瞬态抑制,更高的效率和更好的特异性和药物作用持续时间(17]。几项研究已经找到这些进行不可逆抑制剂,进行基于结构生物信息学方法(5,6]。相信激酶抑制剂占据超过30%的药物行业(18,19]。

Ibrutinib(或pci - 32765)是第一个对共价杀人案不可逆抑制剂通过几个卫生机构治疗白血病类型。广泛的实验室研究和临床实验后,批准决定,提供有前途的治疗结果与IC₅₀= 0.5 nM (20.- - - - - -25]。尽管一些化学性质ibrutinib被报道,最重要的是,晶体结构在不同的溶剂化媒体(26]。然而,许多其他特征尚未报道,如结构、振动和电子性质。

这项工作的目的是探讨ibrutinib紫外,红外,质特征。这些实验性质与相应的理论计算用B3LYP级别的DFT理论和6 - 311 + + g (d, p)基组。

2。材料和方法

2.1。材料和试剂

Ibrutinib从BLD Pharmatech有限公司购买了纯度> 98%(通过MolPort.com)。所有其他试剂和溶剂的光谱年级从西格玛奥德里奇,买了。

2.2。实验方法

Ibrutinib的紫外光谱测量在室温下使用珀金埃尔默λ35紫外可见分光光度计。Ibrutinib与甲醇溶解,稀释的最终浓度1 x10⁻⁵M。吸收光谱被记录在200 - 800纳米的范围为0.5纳米狭缝大小。傅立叶变换红外光谱得到紧凑α傅立叶变换红外光谱仪(力量、德国)。设备有multireflection奈米,衰减全反射(ATR)和氘triglycine硫酸(壳体)检测器。仪器的准确性达到低至0.01厘米⁻¹波数和透光率为0.1%。Ibrutinib不一和地面与溴化钾扩散的均匀混合物压缩得到透明的磁盘。Ibrutinib的使用积极的极化电喷雾电离质谱测量加上Q-TOF II力量高分辨率质谱分析。不同浓度的质谱ibrutinib 95% V / V甲醇:甲酸溶液(fa甲酸的解决方案是5%:95%水)电喷雾质谱测定使用的10 nM和1.0µm .电喷射被设定在10 uL /分钟的流量,毛细管尖端设置为6000 V电压,温度设定在200 C。碰撞等参数单元的射频(400.0 VPP),反射(1700 V),传输时间(28.0μ(15.0)和前脉冲存储时间μs)被发现获得最好的ibrutinib灵敏度测量的关键。串联质谱(MS²)确定碰撞的能量25 J。

2.3。计算方法

ibrutinib的结构性质测定使用密度泛函理论(DFT) B3LYP混合函数的理论水平和高水平的基础上设置两套分散和极化函数[6 - 311 + + g (d, p)]。计算进行了使用高斯09软件(27)获得最大的优化几何能量最低的。最终优化的结构(图1)然后确认所有真实的振动状态在同一理论水平(无负面振动频率)。时间DFT (TDDFT)计算用于确定ibrutinib优化结构的激发态甲醇利用两个主要溶解包。极化连续模型(PCM)和基于密度的溶解模型(SMD)广泛用于文学溶解模型,将是我们选择TDDFT电子转换计算。

3所示。结果

3.1。电子光谱实验

图2显示ibrutinib的紫外可见吸收光谱。的吸收主要发生在200 nm和340 nm之间。可以识别的两个主要峰的光谱的摩尔吸光系数为248.0 nm 22889 L /摩尔。厘米,281.0 nm的摩尔吸光系数16004 L / mol.cm。相对较高的摩尔吸光系数,可以得出这样的结论:这些吸收光谱方法允许。

3.2。傅立叶变换红外光谱实验

ibrutinib描绘在图的傅立叶变换红外光谱3。频谱显示几个明显的峰值。- h的峰值出现在3470.06厘米⁻¹和3436.95厘米⁻¹。芳香族和脂肪族碳氢键峰3063.37到2885.62厘米⁻¹。强峰在1652.40厘米⁻¹和1639.19厘米⁻¹可以被指定为C = O拉伸频率。这个系列的其他山峰从1613.07到1520厘米⁻¹可以被指定为C = C和C = N拉伸频率。弯曲的频率HCN和除了υCH,υCC,υOC,υ数控山峰1483至600厘米⁻¹。强烈和明显的山峰展示在表1的帮助下从理论计算任务。

3.3。质谱

积极模式应急服务国际公司的1µM甲醇溶液中ibrutinib如图4(一)原则峰值441.2032 m / z =。这个峰值对应的质子化了的化合物(ibrutinib + H)⁺如预期的甲醇电喷雾电离。估计的峰值精度相当一个使用质谱高(441.20390)。可以检测出复合低至10 nM (ibrutinib + H)⁺主峰有S / N∼10。图5显示了串联质谱的ibrutinib两个主要山峰被发现在m / z = 304.1178和138.1123 m / z =。

3.4。结构优化

ibrutinib的结构优化是使用一个高水平的DFT理论和混合功能B3LYP和6 - 311 + + g (d, p)为基础集和图所示1。的最低能量优化分子被计算为−1446.4520836高频(−39359.9847812 eV)。分子的点组决定4.237 C1的偶极矩的德拜预计碳分子的中心(C8)平面倾斜向氧(O20)。键长,键角,扭转角度的优化结构表中列出S1(补充材料)。氮氢键被发现约1.01Ǻ,C-bondǺǺ1.08和1.10之间的长度是预期。所有碳角包括O或N计算在104.7和108.6之间。C8-C9-C14测量约140.4,相对较大,由于环融合。扭转角C8-C9-C14-N13和C8-C9-C14-N15扭转几乎是线性的(177.7°,-3.0°),表明融合一半是平面,同意芳香性的事实。的差异之间的键长C4-H35和C4-H34(1.10和1.09Ǻ)可能是分子内的证据C2-O1···H35氢键。

3.5。振动频率

振动频率计算使用DFT方法在同一水平的理论和基础水平集。结果表明,ibrutinib(57原子)与165度C1点群的自由生产165红外模式。这些红外频率的主要作业报告在表1。软件吠陀4 (28)是用于提取并分配后的红外模式扩展0.97作为推荐的安德森和Uvdal29日]。

3.6。电子跃迁

时间DFT (TDDFT)计算确定优化结构。PCM和SMD提出计算方法来估算电子转换。这些计算计算每个分子的所有分子轨道,提出可能的和最有可能的电子转换。紫外可见光谱建立了基于能量从这些计算每个结构状态之间的差距。所有计算都使用DFT执行加上B3LYP和6 - 311 + + g (d, p)为基础集。最终结果是提取和可视化使用GaussSum [30.]。

PCM和SMD方法预测几乎相同的吸收光谱和三个峰值。第一个峰值为310.13 nm使用PCM, 309.28使用SMD PCM的方法似乎是主要的一个方法和一个振子强度为0.566。第二个峰值为399.03 nm (SMD PCM为396.26 nm)是SMD方法的主峰。找到最后一个峰值为325.98 nm (SMD PCM为326.61 nm)被认为是一个小的振子强度峰值0.03 - -0.04。所有结果列在下表中2。

4所示。讨论

的主要官能团可以很容易被认出来,IR - h和C = O债券。的υNH₂拉伸实验频率出现在3470.05和3436.95厘米⁻¹,而计算显示在3600.64和3478.42厘米⁻¹。一个重大转变的主要原因在有机化合物的红外光谱可能是由于氢键(31日]。在ibrutinib,可能有分子内部队(56 h (NH)₂13 n(嘧啶)相互作用或可能的二聚作用的分子间作用力。这可能会遇到的差异υNH₂理论和实验之间的拉伸频率。

同时,υ(O = C)拉伸实验频率出现在1652.4和1639.19厘米⁻¹,而DFT估计在1653.85和1601.47厘米⁻¹。这两个υ理论上(O = C)拉伸频率不同于1.45和37.7厘米⁻¹从实验。这种变化被认为是在理论和实验之间的协议遇到庞大的分子。卡拉等人得出的结论是,一个20厘米⁻¹区别B3LYP和实验C = O相对中等分子是一个很好的协议32]。Atac等人认为,C = O区别DFT和实验能上升到35厘米⁻¹差异(33]。同时,做等人发现的理论和实验之间的区别上升到58厘米⁻¹对于大型分子像C₆₀富勒烯分子(即使是高度对称,没有官能团除了C = C) (34]。

其他官能团如C = C和C = N是在1400 - 1600厘米⁻¹实验和理论计算。的υCH,υCC,υ数控,υOC,β,和βHCN干涉的范围是1483 - 600厘米⁻¹。一般来说,大部分的山峰从DFT计算高水平的理论和基础集同意与实验对应的峰值相对较好,如表所示1和图3。

另一方面,电子光谱ibrutinib显示在248.0和281.0纳米的两座山峰。相比之下,计算了两个重要的峰值在310 nm和399 nm(见图2)。这些转变是n -π 转换对环境非常敏感,如溶剂和部队官能团尤其是ibrutinib之间有许多官能团。

峰值为310.13 (PCM) 309.28 nm (SMD)被指派HOMO LUMO + 2电子跃迁的两种方法。第二个峰值为399.03 nm (SMD PCM为396.26 nm)被指派为人类LUMO贡献为98%。最后发现峰值为325.98 nm (SMD PCM为326.61 nm)被认为是一个小峰的HOMO LUMO + 1过渡(见表2)。两种方法似乎无法预测正确的电子光谱基于实验结果如图2。虽然有理论和实验之间的显著差异峰(∼61海里和∼115海里),在文献中对于小的有机化合物,TDDFT方法结果之间的精度15海里的差异(0.3 eV) (35]。另一方面,电子光谱的差异,使用最好的方法(B3LYP)中型分子(1-naphthol),估计26海里(0.29 eV) (36]。一个可以预期的存在许多官能团和分子的庞大可能导致更大的理论和实验之间的差异,给这一事实的主要过渡是n -π 转变对环境非常敏感,如溶剂和官能团之间的力量。

高峰(ibrutinib + H)的精度⁺在质谱分析达到精度比2 ppm,预计从力量QTOF II质谱。的同位素模式1μM ibrutinib如图4(b)的决议95000和S / N大于10000。同位素强度和价值观同意与估计的相对较好获得ChemDraw®软件。串联质谱的ibrutinib(图5)显示了两个主要片段m / z= 304.1178,m / z= 138.1123由c键的断裂之间的吡唑和哌啶,同意先前的研究的质ibrutinib [37- - - - - -39]。

5。结论

本研究首次探讨ibrutinib紫外可见和红外光谱。与同位素的高分辨率质谱也与电喷雾质谱的直接注入甲醇溶液。B3LYP, DFT与高水平的理论和基础集,6 - 311 + + g (d, p),用于确定的优化几何ibrutinib和比较电子转换和振动频率。

数据可用性

数据请求通过联系作者aeyesmaeel@kau.edu.sa或pchem.ismail@gmail.com。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这个项目是由院长以来科研阿卜杜勒阿齐兹国王大学(域),吉达,在格兰特g - 384 - 662 - 1439。因此,作者承认和感谢安全域的技术和财政支持。

补充材料

表S1:键长,键角,扭转角度优化ibrutinib决定的分子密度泛函理论研究。(补充材料)

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