4.1.1 Những dạng hình học của phức cisplatin-guanine
Phân tử guanine có 4 vị trí có thể hình thành liên kết với cisplatin là: vị trí N1, N3, N7 và oxi của C6. Những kí hiệu: PtGN7, PtGN3, PtGN1, PtGO lần lƣợt là cisplatin hình thành liên kết với guanine ở vị trí tƣơng ứng (trừ Pt-N7 có 1 cấu trạng, những vị trí còn lại đều có 2 cấu trạng, do sự thay đổi của cisplatin). Tất cả có 7 cấu trúc của phức [Pt(NH3)2(G)Cl]+, tƣơng ứng từ Hình 3.1 đến Hình 3.7, thu đƣợc từ việc tối ƣu hóa cấu trúc bằng phiếm hàm B3LYP, kết hợp với bộ cơ sở cc-pVTZ cho các nguyên tử phi kim và bộ cơ sở cc-pVDZ-PP cho nguyên tử Pt. Tất cả cấu trúc đều chứa liên kết hydro ngoại trừ cấu trúc PtGN3-1 (Hình 3.2). Giá trị trong dấu ngoặc đơn là năng lƣợng tƣơng đối giữa các đồng phân có đơn vị là: kcal/mol.
Cấu trúc có năng lƣợng thấp nhất của phức [Pt(NH3)2(G)Cl]+ là PtGN7
(Hình 3.1). Dạng này đƣợc ổn định nhờ liên kết hydro hình thành giữa hydro
của phối tử amoniac với oxi ở C6 của guanine. Còn dạng PtGN3-1 (Hình 3.2)
thì có năng lƣợng cao nhất do không hình thành liên kết hydro. Ta thấy cấu trúc PtGN3-1 và PtGN3-2 hầu nhƣ giống nhau, do có sự thay đổi của cisplatin nên ở dạng PtGN3-1 không hình thành liên kết hydro vì thế liên kết giữa cisplatin và guanine không đƣợc ổn định, đây chính là nguyên nhân dẫn đến dạng này có năng lƣợng cao nhất. Những dạng khác tuy có hình thành liên kết hydro nhƣng chúng không bền bằng liên kết hydro ở dạng PtGN7 vì liên kết này hình thành giữa hydro của phối tử amoniac khá linh động với oxi (nguyên tố có độ âm điện cao). Ở cấu trúc PtGN3-2 liên kết hydro giữa hydro của phối tử amoniac khá linh động với nitơ (có độ âm điện thấp hơn oxi). Trƣờng hợp của PtGN1-1 và PtGN1-2 liên kết hydro tƣơng tự nhƣ PtGN1 nhƣng do cấu hình không ƣu dãi (có sự tƣơng tác giữa phối tử chloro với nhóm NH2 của guanine) so với PtGN7 làm cho liên kết hydro dài hơn. Trƣờng hợp của cấu trúc PtGO-1 là do hình thành liên kết với cisplatin (liên kết với platin) nên giảm độ bền khi hình thành liên kết hydro, trƣờng hợp PtGO-2 thì tƣơng tự nhƣ PtGN3-2.
14
Hình 3.1 Cấu trúc PtGN7 (0,0).
Hình 3.2 Cấu trúc PtGN3-1 (23,3). Hình 3.3 Cấu trúc PtGN3-2 (8,2).
15
Hình 3.61 Cấu trúc PtGO-1 (11,6). Hình 3.7 Cấu trúc PtGO-2 (13,7).
Bảng 3. 1 Năng lƣợng tƣơng đối giữa các cấu trúc (RE) và độ dài liên kết hydro cũng nhƣ độ dài liên kết giữa Pt với guanine (rPt-G).
RE (Kcal/mol) Độ dài liên kết hydro ( ) rPt–G ( )
PtGN7 0,0 1,757 2,049 PtGN3-1 23,3 - 2,051 PtGN3-2 8,2 1,975 2,077 PtGN1-1 21,1 1,859 2,087 PtGN1-2 10,6 1,892 2,085 PtGO-1 11,6 2,171 2,035 PtGO-2 13,7 1,979 2,060
Bảng 3.1 trình bày một số kết quả từ việc tối ƣu hóa cấu trúc giữa cisplatin với guanine. Từ kết quả này ta thấy 2 điểm quan trọng, thứ nhất là độ dài liên kết hydro giữa cisplatin với guanine càng ngắn thì càng bền, cấu trúc bền nhất PtGN7 có độ dài liên kết hydro là 1.757 , trong khi đó cấu trúc kém bền nhất PtGN3-1 thì không có liên kết hydro. Điều này nói lên việc hình thành liên kết giữa cisplatin với guanine liên kết hydro đóng vai trò rất quan trọng. Điểm thứ hai, khi xét các cấu trúc có liên kết hydro (trừ PtGO-1 và PtGO-2 vì có liên kết khác với những cấu trúc còn lại) thì ta thấy là liên kết rPt–G có độ dài càng ngắn thì cấu trúc đó càng bền, trƣờng hợp PtGN7 là 2,049 còn PtGN1-1 là 2,087 .
4.1.2 Phổ IR
Nhằm đánh giá chính xác quá trình platinat hóa guanine cũng nhƣ kiểm chứng cho kết quả của tối ƣu hóa hình học, việc so sánh phổ tính toán lý thuyết (B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ) với phổ thực nghiệm đƣợc xem là có độ
16
chính xác cao. Phổ IR thực nghiệm của cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ đƣợc đánh giá trong vùng 950-1900 cm-1 và vùng 2900-3500 cm-1, không bắt đầu đánh giá từ
vùng dấu vân tay (fingerprint) 500-1700 cm–1 là vì vùng này mặc dù có những
dao động hóa trị cũng nhƣ dao động biến dạng của các nhóm chức còn có những tín hiệu do sự tƣơng tác mạnh của các dao động, đặc trƣng cho đoạn phân tử nên thƣờng dùng để xác định toàn phân tử hơn là nhóm chức.
4.1.2.1 Vùng phổ từ 950-1900 cm-1
Phổ IR thực nghiệm của cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ trong vùng 950-1900 cm-1 đƣợc trình bày trong Hình 3.8. Ta thấy có những tín hiệu mạnh ở 1289, 1597,
1637 và 1718 cm-1 và những tín hiệu yếu hơn xuất hiện ở 1119, 1178, 1213,
1330, 1350, 1428 và 1536 cm-1.
Hình 3.8 Phổ IR thực nghiệm của cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ và phổ tính toán của cấu trúc PtGN7 trong vùng 900-1900 cm-1. Trong phổ thực nghiệm của
cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ đƣờng màu xanh là phổ đầy đủ, đƣờng màu đỏ là phổ đƣợc làm giảm cƣờng độ [7].
17
Khi quan sát sơ bộ phổ IR thực nghiệm của cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ trong vùng 950-1900 cm-1 so với phổ tính toán của cấu trúc PtGN7 ta thấy chúng khá giống nhau về vị trí xuất hiện của các tín hiệu đặc trƣng của vùng phổ này.
Vùng này bao gồm dao động hóa trị của phối tử amoniac, nhóm NH2 của
guanine và dao động của liên kết C=O. Ngoài ra, trong vùng này còn có dao động của vòng purin (không quan trọng) nhƣng chỉ xem xét dao động của phối
tử amoniac, nhóm NH2 và liên kết C=O.
Đặc trƣng chủ yếu của phổ thực nghiệm phù hợp với phổ tính toán của cấu trúc PtGN7, đồng thời cũng có một số tính hiệu phù hợp với phổ tính toán của cấu trúc khác đƣợc trình bày trong Hình 3.9, Hình 3.10 và Hình 3.11. Đầu tiên là tín hiệu mạnh ở 1289 cm-1 và 2 tín hiệu yếu hơn ở 1330 và 1350 cm-1. Tín hiệu này đƣợc quy cho dao động hóa trị của 2 phối tử NH3 (dao động kiểu bung dù). Ta thấy là 2 tín hiệu này khá xa nhau, nên có thể hydro của một phối tử amoniac đã tạo liên kết hydro với nhóm carbonyl, đƣợc thể hiện trong PtGN7 trong phổ tính toán là 1342 cm-1 so với 1330 cm-1 trong phổ thực nghiệm. Tín hiệu mạnh ở 1289 cm-1 là do liên kết N1-H của guanine.
Hình 3.9 Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGO-1 và PtGO-2 tất cả đều đƣợc tính toán ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP trong
18
Hình 3.10 Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGN1-1và PtGN1-2 tất cả đều đƣợc tính toán ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP phổ
trong vùng 900-1900 cm-1.
Ba tín hiệu mạnh ở 1597, 1637 và 1718 cm-1 là sự kết hợp của C2–NH2
và C6=O, ta thấy tín hiệu của nhóm carbonyl bị chuyển dịch đỏ. Trong phổ tính toán ở cấu trúc PtGN3-1 không hình thành liên kết hydro thì tín hiệu này ở 1840 cm-1, trong phổ thực nghiệm là 1718 cm-1 và phổ tính toán trong cấu trúc PtGN7 là 1740 cm-1. Trong phổ tính toán của cấu trúc PtGN1-1 có tín hiệu của nhóm carbonyl ở 1730 cm-1và cấu trúc PtGN1-2 có tín hiệu ở 1752 cm-1, đều bị dịch chuyển đỏ. Trƣờng hợp của PtGO-1 và PtGO-2 đều có tín hiệu ở 1692 cm-1 đƣợc cho là của nhóm carbonyl, bị chuyển dịch đỏ rất mạnh. Hiệu ứng này đƣợc giải thích là do việc hình thành liên kết hydro giữa hydro của phối tử
amoniac với oxi của nhóm carbonyl (PtGN7, PtGN1-1, PtGN1-2) làm yếu đặc
tính liên kết đôi và việc platinat hóa (PtGO-1 và PtGO-2) vào nhóm carbonyl càng làm suy yếu liên kết C=O. Sự thay đổi trình bày chi tiết qua Bảng 3.2, bao gồm cả sự thay đổi độ dài liên kết và sự chuyển dịch đỏ của những cấu trúc hình thành liên kết hydro với nhóm C=O của guanine. Những tín hiệu còn lại đƣợc cho là dao động của vòng purin bao gồm cả dao động biến dạng bóp méo vòng.
19
Hình 3.11 Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGN3-1và PtGN3-2 tất cả đều đƣợc tính toán ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP phổ
trong vùng 900-1900 cm-1.
Bảng 3.2 Sự thay đổi độ dài ( , ), tần số dao động ( , cm–1) của liên kết C=O khi hình thành liên kết hydro so với cấu trúc PtGN3-1 (không hình thành liên kết hydro)
Cấu trúc Liên kết Cấu trúc Liên kết
PtGN7 CO H 0,0287 -103 PtGO-1 CO H 0,074 -151
PtGN1-1 CO H 0,018 -91 PtGO-2 CO H 0,061 -151
PtGN1-2 CO H 0,026 -113
Bảng 2 cho thấy sự ảnh hƣởng của việc hình thành liên kết hydro đến liên kết C=O, mạnh nhất ở cấu trúc PtGO-1 và PtGO-2 đã đƣợc giải thích. Ở cấu trúc PtGN1-2 có sự chuyển dịch đỏ mạnh hơn và làm thay đổi độ dài ít hơn so với cấu trúc PTGN7.
20
4.1.2.2 Vùng phổ từ 2900-3700cm-1.
Hình 3.12 Phổ IR thực nghiệm của cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ và phổ tính toán của cấu trúc PtGN7 trong vùng 2900-3700 cm-1. Trong phổ tính toán phần màu xanh nhạt là do chiếu xạ trong 1 giây, phần màu xanh dƣơng do chiếu xạ trong
2 giây và phần màu đỏ là đƣợc làm tăng cƣờng độ [7].
Phổ thực nghiệm cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ trong vùng 2900-3700 cm-1, đƣợc trình bày trong Hình 3.12 xuất hiện tín hiệu mạnh ở 3414, 3437, 3453 và 3474 cm-1 và những tín hiệu yếu hơn ở 3054, 3153, 3340, 3387, 3537 và 3559 cm-1. Một lần nữa việc so sánh phổ thực nghiệm của cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+ với phổ tính toán thì có sự tƣơng thích với cấu trúc PtGN7.
21
Hình 3.2 Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGN1-1và PtGN1-2, tất cả đều đƣợc tính toán ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP phổ trong
vùng 2900-3700 cm-1.
Những tín hiệu trong vùng phổ này do dao động hóa trị của nitơ nói
chính xác là sự co giãn liên kết N–H. Tín hiệu mạnh ở 3414 cm-1 đƣợc cho là
sự làm giãn liên kết N1–H, tƣơng tự tín hiệu ở 3474 cm-1
do dao động co giãn ở liên kết N9–H. Những tín hiệu còn lại là do dao động co giãn đối xứng và bất đối xứng ở NH2 và phối tử amoniac của cisplatin. Vùng tín hiệu ở 3054 và 3153 cm-1 có thể do liên kết N–H O, việc hình thành liên kết hydro đã làm
giảm tần số dao động. Trong cấu trúc PtGN3-1 dao động bất đối của phối tử
amoniac có tín hiệu ở 1528-1540 cm-1, có sự chuyển dịch đỏ mạnh cho liên kết
này trong PtGN7. Những thay đổi của cấu trúc đƣợc thể hiện cụ thể qua Bảng
22
Hình 3.14 Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGO-1và PtGO-2, tất cả đều đƣợc tính toán ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP phổ trong
vùng 2900-3700 cm-1.
Bảng 3.3 Sự thay đổi độ dài ( , ), tần số dao động ( , cm–1) của liên kết N–H khi hình thành liên kết hydro so với cấu trúc PtGN3-1 (không hình thành liên kết hydro).
Cấu trúc Liên kết Cấu trúc Liên kết
PtGN7 NH O 0,018 -382 PtGN3-2 NH N 0,012 -270
PtGN1-1 NH N 0,011 -247 PtGO-1 NH O 0,004 -22
23
Hình 3.15 Phổ IR tính toán của cấu trúc PtGN3-1và PtGN3-2, tất cả đều đƣợc tính toán ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP phổ trong
vùng 2900-3700 cm-1.
Từ Bảng 3.3 ta thấy việc hình thành liên kết hydro của phối tử amoniac đã làm thay đổi độ dài và tần số dao động đáng kể, cụ thể là dao động co giãn bất đối xứng của bản thân nó. Trong cấu trúc PtGN7 - cấu trúc ổn định nhất có sự thay đổi nhiều nhất = 0,018 và = -382 cm-1, đã có sự kéo dãn liên kết đồng thời là sự chuyển dịch đỏ mạnh (hơn cả việc hình thành liên kết hydro ở nhóm carbonyl). Sự thay đổi này cũng góp phần làm bền việc hình thành phức cis-[Pt(NH3)2(G)Cl]+.
Từ việc đánh giá kết quả phổ tính toán và kết quả của việc tối ƣu hóa các cấu trúc bằng phiếm hàm lai hóa B3LYP kết hợp với bộ hàm cơ sở cc-pVTZ và cc-pVDZ. Chúng ta có thể kết luận vị trí hình thành liên kết giữa cisplatin và guanine là N7. Đồng thời cũng hình thành ở những vị trí khác (N1,O6,… ) nhƣng với số lƣợng không nhiều.
24
4.2 Phân tích NBO
Từ Bảng 3.2 và Bảng 3.3 cho thấy liên kết hydro rất quan trọng trong việc ổn định liên kết giữa guanine và cisplatin. Vì vậy, để đánh giá đúng bản chất của liên kết hydro, thì phân tích NBO - Natural Bond Orbital cho cấu trúc
bến nhất PtGN7 ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP cho cấu
trúc bền nhất PtGN7 so với cấu trúc PtGN3-1 không hình thành liên kết hydro cho kết quả có độ đáng tin cậy cao. Trong phân tích NBO với mục đích đánh
giá liên kết hydro (H X, X là nguyên tố có độ âm điện cao nhƣ: oxi, nitơ,…
cụ thể trong trƣờng hợp này là oxi), ta sẽ thấy sự chuyển dịch electron từ oxi qua hydro, sự di chuyển càng nhiều liên kết hydro càng mạnh.
Bảng 3.4 Năng lƣợng nhiễu loạn bậc hai E(2) và điện tích NBO của các nguyên tử tham gia vào liên kết hydro ở cấu trúc PtGN7, tính tại mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP.
PtGN7 Năng lƣợng (kcal/mol) Điện tích (au)
LP (1) O1 14,26 O -0,640
LP (2) O2 26,21 H +0,435
Hình 3.16 Giá trị điện tích NBO và vị trí của cấu trúc PtGN7, đƣợc tính ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP.
25
Hình 3.18 Giá trị điện tích NBO và vị trí của cấu trúc PtGN3-1, đƣợc tính ở cùng mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP.
Kết quả thu đƣợc từ đánh giá NBO đƣợc trình bày Bảng 3.4, cho ta thấy khi hình thành liên kết hydro đã có sự chuyển dịch electron. Thể hiện qua điện tích của oxi và hydro trong cấu trúc PtGN7 (có hình thành liên kết hydro) và PtGN3-1 (không hình thành liên kết hydro) lần lƣợt là: -0,640 au và +0,435 au so với -0,512 au và +0,400 au. Điều này chúng tỏ đã có sự chuyển dịch điện tích, nguyên tử oxi trở nên âm điện hơn và nguyên tử hydro trở nên dƣơng điện hơn khi liên kết hydro đƣợc hình thành.
4.3 Ảnh hƣởng của tác chất đến quá trình Platinat hóa
Cisplatin đƣợc sử dụng bằng tiêm tĩnh mạch, vì vậy khi xâm nhập vào tế bào phức monoaqua [Pt(NH3)2(H2O)Cl]+ và diaqua [Pt(NH3)2(H2O)2]2+ đƣợc hình thành. Cả cisplatin và 2 phức monoaqua và diaqua đều có thể là tác chất cho quá trình platinat hóa guanine. Vì vậy để đánh giá chính xác sự ảnh hƣởng của quá trình solvation và khảo sát quá trình platinat hóa của phức cisplatin và phức monoaqua [Pt(NH3)2(H2O)Cl]+ với guanine, sản phẩm là PtGN7 - vị trí bền nhất. Tất cả cấu trúc đều đƣợc tối ƣu hóa bằng phiếm hàm lai hóa B3LYP, kết hợp với bộ cơ sở cc-pVTZ cho các nguyên tử phi kim và bộ cơ sở cc- pVDZ-PP cho nguyên tử Pt.
26
Hình 3.18 Cấu trúc phức Cisplatin và phức monoaqua đƣợc tối ƣu tại mức lý thuyết B3LYP/cc-pVTZ/cc-pVDZ-PP.
Bảng 3.5 Giá trị năng lƣợng (ΔE) của quá trình platinat hóa (kcal/mol) cho phức cisplatin và phức monoaqua.
Tác chất Năng lƣợng (ΔE, kcal/mol)
Cisplatin 1,918
Monoaqua [Pt(NH3)2(H2O)Cl]+
-262,656
Từ Bảng 3.5 cho thấy quá trình platinat hóa guanine diễn ra dễ dàng hơn khi tác chất ban đầu là monoaqua [Pt(NH3)2(H2O)Cl]+. Điều này chứng tỏ khi vào cơ thể cisplatin bị solvation và monoaqua [Pt(NH3)2(H2O)Cl]+ là tác chất rất tiềm năng.
27
CHƢƠNG 5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận
Từ kết quả trên, rút ra đƣợc những kết luận nhƣ sau:
- Cisplatin hình thành liên kết với guanine tại vị trí N7 thì bền nhất. Đồng thời việc so sánh phổ toán bằng phiếm hàm mật độ với phổ thực nghiệm cũng cho thấy độ đáng tin cậy của phƣơng pháp đƣợc sử dụng.
- Liên kết hydro có vai trò rất quan trọng trong việc ổn định liên kết giữa cisplatin và guanine, cụ thể là cấu trúc bền nhất PtGN7 có hình thành liên kết hydro và cấu trúc kém bền PtGN3-1 không hình thành liên kết hydro.