Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2022,  том 19,  №1, 69-76

 

Сергей Геннадьевич Мамылов1†, Олег Иванович Ломовский2

Моделирование энергии системы дисахаридов D-глюкопиранозы и L-рамнопиранозы

1,2 Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, ул. Кутателадзе, 18, 630128, Новосибирск, Россия
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0003-2858-0441
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0001-7043-1357

Механохимическая активация природного сырья позволяет проводить извлечение ценных компонентов, например, флавоноидов. Названная обработка сырья с углеводами (сахарами) одновременно  трансформирует малорастворимые соединения в водорастворимую форму. Флавоноид кверцетин интересен как перспективный антиоксидант, но обладает низкой растворимостью в воде. Для перевода его в растворимую форму в виде соединения с углеводом необходимо предварительно изучить стабильность различных соединений кверцетина и углеводов (сахаров). Используя аппарат молекулярной механики, проведено компьютерное моделирование соединений, образованных флавоноидом кверцетином и моносахаридами глюкозой и рамнозой. Учитывая реакционную способность углеводов, возникает вопрос о единственности реакции образования соединения кверцетина с углеводом и о возможности протекания параллельной реакции молекул углевода между собой. Методом компьютерного моделирования рассмотрены структуры дисахаридов, образующихся взаимодействием моносахаридов D-глюкопиранозы и L-рамнопиранозы. Изменение внутренней энергии моделируемых структур было выбрано количественным критерием для различных вариантов соединения углевода1 и углевода2, его можно считать энергией связывания моносахаридов в дисахарид. Предпочтительным типом образующихся дисахаридных структур из моносахаридов является образование кислородной мостиковой связи между 1-, 4-, 6-гидроксигруппами D-глюкопиранозы и 1-, 2-, 4-гидроксигруппами L-рамнопиранозы. При образовании дисахаридов через вышеприведенные гидроксигруппы выделяются два типа продуктов. Реакция между моносахаридами через кислородные мостики остовных атомов углерода демонстрирует получаемые значения энергии системы -50-0 кДж/моль. Подобные величины энергии отмечаются при образовании энергетически выгодных гликозидов кверцетина. На этом основании сделан вывод, что процессы образования моделируемых гликозидов кверцетина и образования дисахаридов являются параллельными. Второй тип продуктов – образование гликозидов через первично-спиртовую гидроксигруппу атома углерода С6 глюкопиранозы. Связывание также энергетически выгодное, но в природных соединениях не является преобладающим. Мостиковое связывание через положение С6 в полисахаридных цепочках доминирует при образовании трехмерных структур.

Ключевые слова: моделирование энергии системы дисахаридов, D-глюкопираноза, L-рамнопираноза, гликозид кверцетина.

УДК 541.62+547.918+547.972

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2022.01.008


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 19, No.1 (2022) 69-76

 

Sergey G. Mamylov1†, Oleg I. Lomovsky2

Energy simulation of the disaccharide system of D-glucopyranose and L-rhamnopyranose

1,2 Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry SB RAS, Kutateladze Str., 18, Novosibirsk, 630128, Russia
1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0003-2858-0441
2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0001-7043-1357

Mechanochemical activation of natural raw materials allows the extraction of valuable components, for example, flavonoids. The named processing of raw materials with carbohydrates (sugars) simultaneously transforms poorly soluble compounds into a water-soluble form. The flavonoid quercetin is interesting as a promising antioxidant, but has low solubility in water. To convert it into a soluble carbohydrate form, it is necessary to first study the stability of various compounds of quercetin and carbohydrates (sugars). Using the apparatus of molecular mechanics, computer modeling of compounds formed by the flavonoid quercetin and the monosaccharides glucose and rhamnose was carried out. Taking into account the reactivity of carbohydrates, the question arises about the uniqueness of the reaction of the formation of a compound of quercetin with a carbohydrate and about the possibility of a concurrent reaction of carbohydrate molecules among themselves. The structures of disaccharides formed by the interaction of the monosaccharides D-glucopyranose and L-rhamnopyranose are considered by computer modeling. The change in the internal energy of the simulated structures was chosen as a quantitative criterion for variants of the compound of carbohydrate1 and carbohydrate2, it can be considered the binding energy of monosaccharides into disaccharide. The preferred type of disaccharide structures formed from monosaccharides is the formation of an oxygen bridging bond between the 1-, 4-, 6-hydroxygroups of D-glucopyranose and 1-, 2-, 4-hydroxygroups of L-rhamnopyranose. When disaccharides are formed through the above hydroxyl groups, two types of products are distinguished. The reaction between monosaccharides through the oxygen bridges of the backbone carbon atoms demonstrates the resulting energy values of the system -50-0 kJ/mol. Similar energy values are observed in the formation of energetically advantageous glycosides of quercetin. On this basis, it is concluded that the processes of formation of simulated quercetin glycosides and the formation of disaccharides are concurrent. The second type of products is the formation of glycosides through the primary alcohol hydroxyl group of the carbon atom C6 of glucopyranose. Binding is also energetically advantageous, but it is not predominant in natural compounds. Bridging through the C6 position in polysaccharide chains dominates the formation of three-dimensional structures.

Keywords: energy modeling of disaccharide system, D-glucopyranose, L-rhamnopyranose, quercetin glycoside.