danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2025-69-5-384-391dan-1272Research ArticleХИМИЯCHEMISTRYПротивовирусная активность производных эпоксиизоиндолов по результатам квантово-химических расчетовAntiviral activity of epoxyisoindole derivatives on the results of quantum chemical calculationsДикусарЕ. А.DikusarE. A.

Дикусар Евгений Анатольевич – канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник.

Ул. Сурганова, 13, 220072, Минск

Dikusar Evgenij A. – Ph. D. (Chemistry), Senior Researcher.

13, Surganov Str., 220072, Minsk

dikusar@ifoch.bas-net.byАкишинаЕ. А.AkishinaE. A.

Акишина Екатерина Александровна – науч. cотрудник.

Ул. Сурганова, 13, 220072, Минск

Akishina Ekaterina A. – Researcher.

13, Surganov Str., 220072, Minsk

che.semenovaea@mail.ruКолесникИ. А.KolesnikI. A.

Колесник Ирина Андреевна – канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник.

Ул. Сурганова, 13, 220072, Минск

Kolesnik Irina A. – Ph. D. (Chemistry), Senior Researcher.

13, Surganov Str., 220072, Minsk

irynakolesnik93@gmail.comМаргунЕ. Н.MargunE. N.

Маргун Екатерина Николаевна – мл. науч. сотрудник.

Ул. Сурганова, 13, 220072, Минск

Margun Ekaterina N. – Junior Researcher.

13, Surganov Str., 220072, Minsk

margynen0555@gmail.comАлексееваК. А.AlekseevaK. A.

Алексеева Ксения Александровна – аспирант.

Ул. МиклухоМаклая, 6, 117198, Москва

Alekseeva Kseniia A. – Postgraduate Student.

6, Miklukho-Maklai Str., 117198, Moscow

ka_alekseeva@mail.ruЛогвиненкоН. А.LogvinenkoN. A.

Логвиненко Никита Александрович – студент.

ул. Миклухо-Маклая, 6, 117198, Москва

Logvinenko Nikita A. – Student.

6, Miklukho-Maklai Str., 117198, Moscow

n.a.log291003@gmail.comБормотовН. И.BormotovN. I.

Бормотов Николай Иванович – вед. науч. сотрудник.

П. Кольцово, 630559, Новосибирская область

Bormotov Nikolai I. – Leading Researcher.

Koltsovo, 630559, Novosibirsk Region

bormotov_ni@vector.nsc.ruСероваО. А.SerovaO. A.

Серова Ольга Алексеевна – науч. сотрудник.

П. Кольцово, 630559, Новосибирская область

Serova Olga A. – Researcher.

Koltsovo, 630559, Novosibirsk Region

serova_oa@vector.nsc.ruШишкинаЛ. Н.ShishkinaL. N.

Шишкина Лариса Николаевна – д-р биол. наук, вед. науч. сотрудник.

П. Кольцово, 630559, Новосибирская область

Shishkina Larisa Nikolaevna – D. Sc. (Biology), Leading Researcher.

Koltsovo, 630559, Novosibirsk Region

shish@vector.nsc.ruЯроваяО. И.YarovayaO. I.

Яровая Ольга Ивановна – д-р хим. наук, вед. науч. сотрудник.

Пр-т Лаврентьева, 9, 9630090, Новосибирск

Yarovaya Olga I. – D. Sc. (Chemistry), Leading Researcher.

9, Lavrentiev Ave., 630090, Novosibirsk

ooo@nioch.nsc.ruПоткинВ. И.PotkinV. I.

Поткин Владимир Иванович – академик, д-р хим. наук, профессор, заведующий лабораторией.

Ул. Сурганова, 13, 220072, Минск

Potkin Vladimir I. – Academician, D. Sc. (Chemistry), Professor, Head of the Laboratory.

13, Surganov Str., 220072, Minsk

potkin@ifoch.bas-net.byИнститут физико-органической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Physical Organic Chemistry of the National Academy of Sciences of BelarusРоссийский университет дружбы народовPeoples’ Friendship University of Russia named after Patrice LumumbaГосударственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаState Research Center of Virology and Biotechnology “Vector” of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human WellbeingНовосибирский институт органической химии имени Н. Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наукN.N. Vorozhtsov Novosibirsk Institute of Organic Chemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences202506112025695384391Copyright © Дикусар Е.А., Акишина Е.А., Колесник И.А., Маргун Е.Н., Алексеева К.А., Логвиненко Н.А., Бормотов Н.И., Серова О.А., Шишкина Л.Н., Яровая О.И., Поткин В.И., 20252025Дикусар Е.А., Акишина Е.А., Колесник И.А., Маргун Е.Н., Алексеева К.А., Логвиненко Н.А., Бормотов Н.И., Серова О.А., Шишкина Л.Н., Яровая О.И., Поткин В.И.Dikusar E.A., Akishina E.A., Kolesnik I.A., Margun E.N., Alekseeva K.A., Logvinenko N.A., Bormotov N.I., Serova O.A., Shishkina L.N., Yarovaya O.I., Potkin V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1272

Изучена противовирусная активность 12 азоти кислородсодержащих гетероциклических соединений в отношении вируса осповакцины в культуре клеток Vero и проведено сопоставление полученных данных с результатами квантово-химических расчетов ab initio методом DFT. Установлено, что показатель индекса селективности зависит от токсичности исследуемых соединений. В частности, соединения, содержащие 2,3-дихлорбензильную группу, оказались более токсичными и неперспективными в качестве противовирусных соединений, кроме того, биологическое тестирование показало, что (Е)-азометины, содержащие фрагмент 1,5-диметил-3-оксо-2-фенил-2,3-дигидро-1H-пиразола, противовирусную активность не проявляли. Наиболее перспективными в отношении вируса осповакцины оказались соединения – производные ванилина и ванилаля. Метод предварительного квантово-химического моделирования может позволить еще на стадии планирования работ по синтезу и биотестированию новых химических соединений произвести выявление неперспективных малоактивных структур.

The antiviral activity of 12 nitrogenand oxygen-containing heterocyclic compounds was studied by screening against the vaccinia virus in Vero cell culture and the data obtained were compared with the results of ab initio quantum chemical calculations using the DFT (density functional theory) method. The index of selectivity was found to be contingent upon the toxicity of the compounds under study. Compounds containing a 2,3-dichlorobenzyl group were found to be more toxic and unpromising as antiviral compounds. In addition, biological testing showed that (E)-azomethines containing a fragment of 1,5-dimethyl-3-oxo-2-phenyl-2,3-dihydro-1H-pyrazole showed no antiviral activity. Compounds derived from vanillin and vanillal have proved to be the most promising in relation to the smallpox vaccine virus. The method of preliminary quantum chemical modeling can make it possible to identify unpromising, low-activity structures even at the planning stage of work on the synthesis and bioscreening of new chemical compounds.

противовирусная активностьазотистые гетероциклыквантово-химические расчетытеория функционала плотностиграничные молекулярные орбиталиметод Фукуииндекс селективностиantiviral activitynitrogen heterocyclesquantum chemical calculationsdensity functional theoryfrontier molecular orbitalsFukui methodselectivity indexРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 2343-10024) и Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Х23РНФ-051). Биологические исследования проведены в рамках Государственного задания ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора (№ ГЗ-40/21) и Государственного задания НИОХ СО РАН (№ 075-00365-25-00)This work was supported by the Russian Science Foundation (project no. 23-43-10024) and the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (project no. Х23РНФ-051). Biological studies were conducted within the framework of the State Assignment of the Federal Budgetary Institution of Science State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector” of Rospotrebnadzor (no. ГЗ-40/21) and the State Assignment of the Research Institute of Organic Chemistry SB RAS (no. 075-00365-25-00)ReferencesСинтез формилфенил 1-оксо-1,2,3,6,7,7а-гекасагидро-3а,6-эпоксиизоиндол-7-карбоксилатов и их (E)-1,5-диметил-3-оксо-2-фенил-2,3-дигидро-1H-пиразол-4-илиминометильных производных / Е. А. Дикусар [и др.] // Журнал общей химии. – 2024. – Т. 94, № 7. – С. 786–804. https://doi.org/10.31857/S0044460X24070016Dikusar E. A., Akishina E. A., Zhukovskaya N. A., Kolesnik I. A., Margun E. N., Kovalskaya S. S., Alekseeva K. A., Logvinenko N. A., Menshikova D. I., Grigorev M. S., Potkin V. I. Synthesis of formylphenyl 1-oxo-1,2,3,6,7,7a-hexahydro-3a,6-epoxyisoindole-7-carboxylates ans their (E)-1,5-dimethyl-3-oxo-2-phenyl-2,3-dihydro-1H-pyrazole-4-yliminome-thyl derivatives. Zhurnal obshchei khimii = Journal of General Chemistry, 2024, vol. 94, no. 7, pp. 786–804 (in Russian). https://doi.org/10.31857/S0044460X24070016Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ / под общ. ред. Р. У. Хабриева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М., 2005. – 832 с.Habriev R. U., ed. Guidelines for Experimental (Preclinical) Studies of New Pharmacological Substances. Moscow, 2005. 832 p. (in Russian).General atomic and molecular electronic-structure system / M. W. Shmidt, K. K. Baldridge, J. A. Boatz [et al.] // Journal of Computational Chemistry. − 1993. − Vol. 14, N 11. − P. 1347–1363. https://doi.org/10.1002/jcc.540141112Shmidt M. W., Baldridge K. K., Boatz J. A., Elbert S. T., Gordon M. S., Jensen J. H., Koseki S., Matsunaga N., Nguyen K. A., Su S., Windus T. L., Dupuis M., Montgomery J. A. General atomic and molecular electronic structure system. Journal of Computational Chemistry, 1993, vol. 14, no. 11, pp. 1347–1363. https://doi.org/10.1002/jcc.540141112Gaussian Basis Sets for Molecular Calculations / ed. by S. Huzinaga. − Amsterdam, 1984. − Vol. 16. − 426 p.Huzinaga S., ed. Gaussian Basis Sets for Molecular Calculations. Amsterdam, 1984, vol. 16. 426 p.Putz, M. V. DFT chemical reactivity driven by biological activity: applications for the toxicological fate of chlorinated PAHs / M. V. Putz, A. M. Putz // Applications of density functional theory to biological and bioinorganic chemistry. – Berlin, 2013. – P. 181-231. https://doi.org/10.1007/978-3-642-32750-6_6Putz M. V., Putz A. M. DFT chemical reactivity driven by biological activity: applications for the toxicological fate of chlorinated PAHs. Applications of Density Functional Theory to Biological and Bioinorganic Chemistry, Berlin, 2013, pp. 181-231. https://doi.org/10.1007/978-3-642-32750-6_6Синтез и противовирусная активность 1-арил-3-{3,5-диоксо-4-азатетрацикло-[5.3.2.02,6.08,10]додец-11-ен-4-ил} мочевин / Б. А. Селиванов, А. Я. Тихонов, Е. Ф. Беланов [и др.] // Химико-фармацевтический журнал. – 2017. – Т. 51, № 6. – С. 13–17. https://doi.org/10.30906/0023-1134-2017-51-6-13-17Selivanov B. A., Tikhonov A. Ya., Belanov E. F., Bormotov N. I., Kabanov A. S., Mazurkov O. Yu., Serova O. A., Shishkina L. N., Agafonov A. P., Sergeev A. N. Synthesis and antiviral activity of 1-aryl-3-{3,5-dioxo-4-azatetracyclo[5.3.2.02,6.08,10]-dodec-11-en-4-yl}ureas. Khimiko-farmatsevticheskii zhurnal = Chemical-Pharmaceutical Journal, 2017, vol. 52, no. 6, pp. 13–17 (in Russian). https://doi.org/10.30906/0023-1134-2017-51-6-13-17Smallpox (Variola Virus) Infection: Developing Drugs for Treatment or Prevention: Guidance for Industry / U. S. Department of Health and Human Services. – 2019. – November. – P. 13. URL: https://www.fda.gov/media/132623/download (date of access: 29 January 2025).U. S. Department of Health and Human Services. Smallpox (Variola Virus) Infection: Developing Drugs for Treatment or Prevention: Guidance for Industry. 2019, November, pp. 13. Available at: https://www.fda.gov/media/132623/download (accessed 29 January 2025).Дьюар, M. Теория возмущений молекулярных орбиталей / М. Дьюар. – М., 1977. – 696 с.Ďjuar M. Molecular Orbital Perturbation Theory. Moscow, 1977. 696 p. (in Russian).Изучение противовоспалительной активности серии азотистых гетероциклических соединений и сравнение полученных данных с результатами квантово-химических расчетов / Е. А. Дикусар, Е. А. Акишина, С. Г. Стёпин [и др.] // Доклады Национальной академии наук Беларуси. – 2024. – Т. 68, № 6. – С. 454–459. https://doi.org/10.29235/15618323-2024-68-6-454-459Dikusar E. A., Akishina E. A., Stepin S. G., Mukusheva G. K., Zhasymbekova A. R., Toigambekova N. N., Seidakhmetova R. B., Potkin V. I. Studying the anti-inflammatory activity of a series of nitrogenous heterocyclic compounds and comparison of the obtained data with the results of quantum chemical calculations. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2024, vol. 68, no. 6, pp. 454–459 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8323-2024-68-6-454-459Анализ зависимости биологической активности от некоторых расчетных физических параметров молекул бензоциклопентахинолинов и бензакридинов / В. С. Волобуев, Е. А. Дикусар, Е. А. Акишина, С. С. Шиканов // Веснік Магілёўскага дзяржаўнага ўніверсітэта імя А. А. Куляшова. Серыя В. Прыродазнаўчыя навукі: матэматыка, фізіка, біялогія. – 2024. – № 2 (64). – С. 74–83.Volobuev V. S., Dikusar E. A., Akishina E. A., Shikanov S. S. Analysis of the dependence of biological activity on some calculated physical parameters of benzocyclopentaquinoline and benzacridine molecules. Vesnіk Magіleўskaga dzyarzhaўnaga ўnіversіteta іmya A. A. Kulyashova. Seryya V. Pryrodaznaўchyya navukі: matematyka, fіzіka, bіyalogіya [Bulletin of the Mogilev State University named after A. A. Kuleshov. Series V. Natural Sciences: Mathematics, Physics, Biology], 2024, no. 2 (64), pp. 74–83 (in Russian).Анальгетическая активность серии азотистых гетероциклических соединений: эксперимент и сравнение полученных данных с результатами квантово-химических расчетов ab initio методом DFT / Е. А. Дикусар, Е. А. Акишина, И. А. Колесник [и др.] // Вестник фармации. – 2024. – № 2 (104). – С. 67–74.Dikusar E. A., Akishina E. A., Kolesnik I. A., Margun E. N., Stepin S. G., Mukusheva G. K., Zhasymbekova A. R., Toigambekova N. N., Nurmaganbetova M. S., Seidakhmetova R. B., Fedoseeva M. A., Simakova D. N., Potkin V. I. Analgesic activity of a series of nitrogenous heterocyclic compounds: experiment and comparison of the data obtained with the results of quantum chemical calculations ab initio using DFT method. Vestnik farmatsii = Pharmacy Bulletin, 2024, no. 2 (104), pp. 67–74 (in Russian).Яровая, О. И. Монои сесквитерпены в качестве стартовой платформы для создания противовирусных средств / О. И. Яровая, Н. Ф. Салахутдинов // Успехи химии. – 2021. – Т. 90, № 4. – С. 488–510.Yarovaya O. I., Salakhutdinov N. F. Monoand sesquiterpenes as a starting platform for the development of antiviral drugs. Russian Chemical Reviews, 2021, vol. 90, no. 4, pp. 488–510. https://doi.org/10.1070/rcr4969Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings / C. A. Lipinski, F. Lombardo, B. W. Dominy, P. J. Feeney // Advanced Drug Delivery Reviews. – 1997. – Vol. 23, N 1–3. – P. 3–25. https://doi.org/10.1016/s0169-409x(96)00423-1Lipinski C. A., Lombardo F., Dominy B. W., Feeney P. J. Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings. Advanced Drug Delivery Reviews, 2001, vol. 23, no. 1–3, pp. 3–25. https://doi.org/10.1016/s0169-409x(96)00423-1New data on vanillin-based isothiazolic insecticide synergists / A. V. Kletskov, V. I. Potkin, E. A. Dikusar, R. M. Zolotar // Natural Product Communications. – 2017. – Vol. 12, N 1. – P. 105–106. https://doi.org/10.1177/1934578x1701200130Kletskov A. V., Potkin V. I., Dikusar E. A., Zolotar R. M. New data on vanillin-based isothiazolic insecticide synergists. Natural Product Communications, 2017, vol. 12, no. 1, pp. 105–106. https://doi.org/10.1177/1934578x1701200130

The authors declare that there are no conflicts of interest present.