The theoretical study on the molecular structure and electronic properties of harmane

• Autorzy: Kowalska A. , Stobiecka A.

Warianty tytułu

PL

Teoretyczne badania struktury i właściwości elektronowych harmanu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this study the geometry optimization of harmane using the semi-empirical (AM1, PM3, MNDO,) ab initio HF as well as the B3LYP method was performed. The calculated geometrical parameters of harmane were compared with the available crystallographic data to verify the extent to which theoretical models approximate the molecular structure of this compound. Additionally, some electronic properties of harmane in the neutral and monocationic form were calculated using various theoretical methods. The semi-empirical ZINDO-1 and TD/B3LYP calculations were carried out using the B3LYP/6-31+G(d,p) optimized geometry of harmane. The utility of the applied methods to predict properties of electronic transitions to the lowest excited singlet states of harmane was discussed.

PL

W pracy obliczono optymalizację struktury elektronowej harmanu z wykorzystaniem różnych metod obliczeniowych, tj. metod semi-empirycznych (AM1, PM3, MNDO), metody Hartree-Focka, jak również metody B3LYP. W celu sprawdzenia dokładności i użyteczności wyżej wymienionych metod teoretycznych w przewidywaniu struktury badanej ß-karboliny obliczone parametry strukturalne harmanu porównano z dostępnymi w literaturze danymi krystalograficznymi. Następnie obliczono wybrane właściwości elektronowe neutralnej oraz kationowej formy harmanu. Uzyskaną z obliczeń wartość różnicy energii orbitali HOMO i LUMO, którą można traktować jako przybliżoną energię przejścia do najniższego stanu singletowego cząsteczki, porównano z uzyskaną z eksperymentu wartością energii wzbudzenia harmanu. Spośród wykorzystanych w pracy metod obliczeniowych, zastosowanie metody B3LYP z użyciem bazy 6-31+G(d,p) pozwoliło na uzyskanie zadowalającego opisu właściwości strukturalnych i elektronowych harmanu. Dlatego też uzyskaną za pomocą tej metody strukturę elektronową harmanu wykorzystano do obliczeń energii przejść elektronowych cząsteczki. Obliczone metodą ZINDO-1 oraz TD B3LYP energie przejść elektronowych porównano z energią przejść elektronowych odpowiadającym odpowiednim pasmom w widmie absorpcji neutralnej oraz kationowej formy harmanu.

Słowa kluczowe

EN

semi-empirical method; Hartree-Fock method; B3LYP method

PL

metoda semiempiryczna; metoda Hartree-Focka; metoda B3LYP

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Chemia Spożywcza i Biotechnologia / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2007
• Tom: Z. 71
• Strony: 13--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Kowalska A.

autor

Stobiecka A.

• Instytut Podstaw Chemii Żywności, Politechnika Łódzka

Bibliografia

• [1] Munoz M.A., Carmona C, Hidalgo J., Guardado P., Balon M.: Molecular associations of flavins with betacarbolines and related indoles. Bioorg. Med.Chem.,3, 41-47, (1995).
• [2] Herraiz T., Chaparro C: Human monoamine oxidase enzyme inhibition by coffee and P-carbolines norharman and Harman isolated from coffee. Life Sciences,78, 795-802, (2006).
• [3] Anderson N.J., Tyacke R.J., Husbands S.M., Nutt D.J., Hudson A.L., Robinson E.S.J.: In vitro and ex vivo distribution of [3H]harmane, an endogenous P-carboline, in rat brain. Neuropharm., 50, 269-276, (2006).
• [4] Spijkerman R., van den Eijnden R., van de Mheen D., Bongers I., Fekkes D.: The impact of smoking and drinking on plasma levels of norharman, European Neuropsychopharm., 12, 61-71, (2002).
• [5] Munoz M.A., Guardado P., Galan M., Carmona C, Balon M.: A spectroscopic study of the molecular interactions of harmane with pyrimidine and other diazines.Biophys. Chem., 83, 101-109, (2000).
• [6] Balon M., Munoz M.A., Carmona C, Guardado P., Galan M.: A fluorescence study of the molecular interactions of harmane with the nucleobases, their nucleosides and mononucleotides. Biophys. Chem., 80, 41-52, (1999).
• [7] Balon M., Carmona C, Guardado P., Munoz M.A.: Hydrogen-bonding and proton transfer interactions between harmane and trifluoroethanol in the gróund and excited singlet states. Photochem. Photobiol., 67, 414-419, (1998).
• [8] Carmona C, Galan M., Angulo G., Munoz M.A., Guardado P., Balon M.: Gróund and singlet excited state hydrogen bonding interactions of betacarbolines.Phys. Chem. Chem. Phys., 2, 5076-5083, (2000).
• [9] de Souza J.M., dos Anjos P.N.M., de Azevedo W.M., Marąues A.S.: Long-lived emission at room temperaturę of harmane dispersed in poly(acrylic acid)-poly(vinyl alcohol) polymer network. J. Luminescence, 81, 225-229, (1999).
• [10] El-Sayed K., Barnhart D.M., Ammon H.L., Wassel G.M.: Structure of harman,l-methyl-9H-pyrido[3,4-b]indole. Acta Cryst., C, 42, 1383-1385, (1996);
• [11] Cambridge Crystallographic Database, http://www.ccdc.cam.ac.uk
• [12] Cramer C.J.: Essentials of computational chemistry. Theories and Models. Wiley,(2006).
• [13] Hidalgo J., Balon M., Carmona C, Munoz M.A., Pappalardo R.R.: AM1 study of a p-carboline set: structural properties and potential reactivity. J.Chem. Soc.Perkin Trans 2, 65-71,(1990).
• [14] Muńoz M.A., Balon M., Hidalgo J., Carmona C, Pappalardo R.R., Marcos E.S.: AM1 study of a p-carboline set. Part III.: substituent effects. J.Chem. Soc. Perkin Trans.2, 1729-1734,(1991).
• [15] Konschin H., Tylli H., Gynther J., Rouvinen J.: The molecular structure of norharman and harman: an STO-3G molecular orbital investigation. J. Mol. Struct.,153,307-321,(1987).
• [16] Marąues A.D.S., Souza H.F., Costa I.C., de Azevedo W.M.: Spectroscopic study of harmane in micelles at 77 K using fluorescent probes. J. Mol. Struct., 520,179-190, (2000).
• [17] Tapia M.J., Reyman D., Vinas M.H., Arroyo A., Poyato J.M.L.: An experimental and theoretical approach to the acid-base and photophysical properties of 3-substituted p-carbolines in aqueous solutions. J. Photochem. Photobiol. A, 156,1-7, (2003).
• [18] Angulo G., Carmona C, Pappalardo R.R., Munoz M.A., Guardado P., Marcos E.S., Balon M.: An experimental and theoretical study on the prototropic equilibria of the four carboline isomers. J. Org. Chem, 62, 5104-5109, (1997).
• [19] Chou P., Liu Y., Wu G., Shiao M., Yu W.: Proton-transfer tautomerism of P-carbolines mediated by hydrogen-bonded complexes. J. Phys.Chem. B, 105, 10674-10683,(2001).
• [20] Remko M., Swart M., Bickelhaupt M.: Theoretical study of structure, pKa, lipophilicity, solubility, absorption, and polar surface area of some centrally acting antihypertensives. Bioorg. Med. Chem., 14, 1715-1728, (2006).
• [21] Isidro S., Monzo S., Codoner A., Medina P., Olba A., Valero R.: Apparent dipole moments and molar volumes of p-carbolines and carbazole in dioxane solution. J. Chem. Soc. Perkin Trans II, 261-263, (1988).
• [22] Sadlej J.: Obliczeniowe metody chemii kwantowej CNDO, INDO, NDDO, ab initio. Warszawa, PWN, (1988). [23] Drew A., Head-Gordon M.: Single-reference ab initio methods for the calculation of excited states of large molecules. Chem. Rev., 105, 4009-4037, (2005).
• [24] Stobiecka A., Kowalska A., Wysocki S.: Application of semi-empirical methods in the study of harmane solvatochromism. PTChem., (2005).
• [25] Kowalska A., Stobiecka A., Wysocki S.: Structural and electronic properties of harmane monocation. Theoretical aspects. PTChem., (2006).