Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of ƒRMSDchiral for mathematical description of mutual position between stereoisomers

Urniaz R. D.

Mathematica Applicanda

|

2015

|

Vol. 43, No. 1

37--48

EN

The ability of biological systems to recognize and distinguish between compounds is crucial for living systems. A detailed study of this mechanism seems to be an important supplement to the analysis of possible interactions between compounds and the environment. This process could be characterized by a variety of descriptions of compounds’ structural and physicochemical properties. The usual measure of variation in the positions of molecules in three dimensional space is the Root Mean Square Deviation (RMSD). Here, the traditional concept of RMSD was readjusted to fragment-level RMSD (ƒRMSD). This assumes a different way of selecting atoms in molecules. The main aim is to appropriately group atoms into sets with respect to their chemical properties. In the case of enantiomers, atoms are selected according to the Cahn-Ingold-Prelog priority rule. TheƒRMSDchiral algorithm is applied to characterize the differences in modes of binding for some cases arising during our studies of molecular models of complexes formed between stereoisomers and their protein targets.

PL

Jedną z głównych właściwości układów biologicznych, takich jak białka, jest zdolność do rozpoznawania specyficznych związków chemicznych, zwanych ligandami. Ligandy ze względu na ich budowę i właściwości fizykochemiczne mogą być sklasyfikowane do różnych grup systematycznych. Biorąc pod uwagę właściwości strukturalne jedną z najbardziej interesujących grup ligandów są stereoizomery. Stereoizomery są to związki chemiczne, które współdzielą ten sam zbiór atomów w cząsteczce (ten sam skład chemiczny), ale kolejność lub rodzaj wiązań jest różna. W konsekwencji ma to bezpośrednie przełożenie na różnice w przestrzennym ułożeniu atomów pomiędzy poszczególnymi stereoizomerami. Szczególnie interesującą grupą stereoizomerów są enancjomery, zaliczane do grupy izomerów optycznych. Enancjomery to stereoizomery, które pod względem strukturalnym stanowią dla siebie odbicia lustrzane, przez co niemożliwe jest ich przestrzenne nałożenie na siebie. Każdy enancjomer zawiera jeden lub więcej atomów będących centrami stereogenicznymi. Najcześciej spotykane centra stereogeniczne to centra chiralności. Przeważnie są to asymetryczne atomy węgla, do których przyłączono cztery różne od siebie grupy podstawników. Ponieważ każda z grup podstawników jest różna, biorąc pod uwagę ich ułożenie (kolejność fragmentów) względem centrum chiralnego można jednoznacznie określić ich przestrzenną konfigurację. Trzech chemików, R. S. Cahn, C. Ingold i V. Prelog, jako jedni z pierwszych zaproponowali jednoznaczny sposób rozróżniania i nazewnictwa enancjomerów. Reguła Cahn-Ingold-Prelog (CIP) zakłada jednoznaczny sposób ustalania przestrzennego rozmieszczenia podstawników względem atomu asymetrycznego. Ustalanie konfiguracji absolutnej wokół danego centrum chiralności przeprowadza się nadając poszczególnym grupom odpowiednie rangi (priorytet, pierwszeństwo) wynikające z ich sumarycznej masy molowej. Najwyższą rangę otrzymuje grupa posiadająca największą sumaryczną masę molową. Następnie klasyfikuje się kolejne grupy podstawników ustawiając wartość rangi zgodnie z malejącą masą molową podstawników. Jeśli patrząc od największego podstawnika do najmniejszego wzrok zatacza krąg zgodny z kierunkiem wskazówek zegara to konfiguracja absolutna jest oznaczana literą (R)- (do łac. rectus – prawy) , a gdy odwrotnie literą (S)- (od łac. sinister – lewy). Na Rysunku 1 zilustrowano dwa enacjomery aminokwasu seryny (R) - (Rysunku 1, niebieski) i (S) - (Rysunku 1, żółty). Każdy enancjomer zawiera jedno centrum chiralne oznaczone na rysunku, jako niebieskie lub żółte koło. W celu uproszczenia opisu w obu przypadkach grupy chemiczne enancjomerów zostały przydzielone do czterech grup (a, b, c, d). Fragmenty a, b, c, d (R) -seryny (niebieski związek) odpowiadają fragmentom a’, b’, c’, d’ (S) -seryny (żółty związek). Jak można zaobserwować położenie fragmentów b, c enancjomeru (R) nie odpowiada położeniu fragmentów b’, c’ (S)-seryny, pomimo zastosowanego obrotu o 180 stopni związki są dalej nienakładane na siebie. Ponieważ, zazwyczaj tylko jeden enancjomer jest biologicznie aktywny, zdolność do rozpoznawania i różnicowania enancjomerów przez układy biologiczne ma kluczowe znaczenie dla organizmów żywych. Dla przykładu podtyp NR3 receptora NMDA, aby zostać aktywowanym, musi związać glicynę oraz (R)-serynę. Można zatem przypuszczać, że jeśli preferowaną formą dla receptora jest (R)-seryna, to przeciwstawny enancjomer (S) prawdopodobnie nie będzie się mógł przyłączyć do receptora lub będzie się wiązał znacznie słabiej. Szczegółowe badania mechanizmów rozpoznawania związków chiralnych poprzez układy biologiczne wydają się być szczególnie istotne w przypadku takich obszarów nauki jak krystalografia, biologia strukturalna, biochemia czy farmakologia, ale także w naukach interdyscyplinarnych jak bioinformatyka, czy modelowanie molekularne. Badania zmiany przestrzennego ułożenia (kształtu) jednego enancjomeru względem drugiego wydają się być ważnym i istotnym uzupełnieniem analizy ich oddziaływań w układach biologicznych. Zazwyczaj do ilościowego opisu zmian w przestrzeni kartezjańskiej używa się parametru RMSD (ang. Root Mean Square Deviation), opisującego średnią zmianę odległości pomiędzy odpowiednimi atomami należących do porównywanych związków. Pomimo, iż RMSD jest szeroko stosowany w wielu dziedzinach nauki i wydaje się być uniwersalnym deskryptorem zauważono, że niższe wartości RMSD nie zawsze oznaczają najlepsze superpozycje (dopasowanie) związków w przestrzeni. Dlatego autorzy zaproponowali modyfikacje tradycyjnej koncepcji obliczania RMSD, jako fragmentaryczne RMSD ƒRMSD). Zakłada ona odmienny sposób selekcji atomów w cząsteczkach. W niniejszej publikacji zaprezentowano zastosowanie parametru ƒRMSD w przypadku enancjomerów posiadających jedno lub więcej miejsc chiralnych. W przypadku enancjomerów zawierających jedno centrum chiralne atomy są grupowane zgodnie z zasadą Cahn-Ingold-Prelog (CIP). Umożliwia to podział cząsteczki na trzy niezależne podgrupy atomów: atom zawierający centrum chiralności (ƒRMSDchiral 0), dwa fragmenty przyłączone do centrum chiralności o wyższym priorytecie CIP (ƒRMSDchiral 1) oraz dwa fragmenty przyłączone do centrum chiralności o niższym priorytecie CIP (ƒRMSDchiral 2). Przykładowy wybór atomów zgodnie z założeniami parametru ƒRMSD dla (R) - i (S) -seryny została przedstawiona na rysunku 2. W dalszej części pracy opisano szczegółowe zastosowanie parametru ƒRMSD oraz oceniono jego stosowalność w kontekście dokowania i dynamiki molekularnej związków chiralnych.

2

Preparation of molecularly imprinted polymer for chiral recognition of racemic 1,1′-binaphthalene-2,2′-diamine by HPLC

Dong H., Wang Y., Ou Y., She J., Shen X., Li J., Zhang Ch., Liu L.

Acta Chromatographica

|

2014

|

Vol. 26, no. 4

683--693

EN

Molecularly imprinted polymers (MIPs) were synthesized by imprinting a new template—S(-)-1,1′-binaphthalene-2,2′-diamine (S-DABN) and applied as chiral stationary phases for chiral separation of DABN racemates by high-performance liquid chromatography (HPLC). The influence of some key factors on the chiral recognition ability of MIPs, such as the type of functional monomers and porogen and the molar ratio of template to monomer, was systematically investigated. The chromatographic conditions, such as mobile phase composition, sample loading, and flow rate, were also measured. The chiral separation for DABN racemates under the optimum chromatographic conditions by using MIP chiral stationary phase (CSP) of P3, prepared with the S-DABN/MAA ratio = 1/4 and used acetonitrile (2 mL) and chloroform (4 mL) as porogen, showed the highest separation factor (2.14). Frontal analysis was used to evaluate affinity to the target molecule of MIPs. The binding sites (Bt) of MIPs and dissociation constant (Kd) were estimated as 4.56 μmol g−1 and 1.40 mmol L−1, respectively. In comparison with the previous studies, this approach had the advantages, such as the higher separation factor, easy preparation, and cost-effectiveness, it not only has the value for research but also has a potential in industrial application.

3

Spektrometria mas w rozróżnianiu związków chiralnych

Drabik E.

Wiadomości Chemiczne

|

2011

|

[Z] 65, 7-8

609-649

EN

The phenomenon of optical activity was discovered by Louis Pasteur in 1848. Since this time, chirality of organic compounds observed in biological systems has became a central theme in scientific research. Synthesis and quantitation of enantiomerically pure compounds is important for a wide range of applications. Chirally pure compounds are required not only by pharmacology, but they are also of interest in cosmetic and food industry and many other applications. Similarity of enantiomers in their chemical and physical properties, except for optical rotation, makes their separation and detection very difficult. Until now, many methods have been used for the enantioselective discrimination of organic compounds, including nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), circular dichroism (CD), capillary electrophoresis (CE) and chromatography (GC, HPLC), where an interference of a solvent cannot be excluded. Recent studies have shown that mass spectrometry (MS) is an alternative approach to traditional method for chiral recognition and determination of enantiomeric composition. Although, mass spectrometry has been considered as insensitive to chirality because enantiomers have the same mass and show identical mass spectra, it is now accepted as important tool for differentiating of enantiomeric compounds through their interactions with chiral reference molecules (Fig. 1). The ability to transfer diastereomeric non-covalent complexes between chiral selectors and analyte enantiomers, which differ in stability, into the gas-phase and measure such differences trough mass spectrometric ion abundances, has appeared with development of soft ionization techniques such electrospray ionization (ESI), fast atom bombardment (FAB) and matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI). Mass spectrometry-based methods for chiral recognition and quantitative determination of enantiomeric purity are attractive due to their speed, high sensitivity, low sample consumption, tolerance to impurities and ability to probe the analyte in a solvent free environment. Currently, there are four well-defined approaches for determining a measure of enantiomer discrimination, using either single-stage or tandem mass spectrometry. They can be classified into the following categories: (1) measurement of the relative abundance of diastereomeric complexes between chiral reference compound and the enantiomers (usually one isotopically labeled [10]), (2) enantioselective ion/molecule reaction between diastereomeric complexes and chiral or achiral reactants [11], (3) kinetic method [12] and (4) collision-induced dissociation (CID) of diastereomeric adducts in a tandem mass spectrometry (MS/MS) experiment [61, 62]. Over the past decade, new approaches to chiral separation and analysis of enantiomers have been introduced, where molecules are separated based on their mobility (ion mobility spectrometry) [66].

4

Influence of mobile phase composition on chiral discrimination of model compound obtained on chiralpak AD column : thermodynamic study

Kamieńska-Duda A., Baran P. A., Bielejewska A.

Chemia Analityczna

|

2008

|

Vol. 53, No. 2

241-251

EN

In this paper enantioseparation of 2.6-diamino-4,5,6,7-tetrahydrobenzothiazoIe (DATHBT) on a Chiralpak AD column has been studied. The effect of addition of triethyl- (TEA), diethyl- (DBA), n-butyl- (BA), and monoetanolo- (MEA) amines to ethanol-n-hexane and 2-propanol—n-hexane mobile phases has been investigated. The influence of temperature on retention, enantioselectivity and column efficiency for various compositions of a mobile phase has been investigated. For the studied compound the best selectivity and the highest separation factor (R,, = 6) were obtained for the mobile phase containing ethanol-n-hexane mixture with MEA as the additive. Apparent thermodynamic parameters were directly used to explain some aspects of chiral recognition. Physicochemical mechanism of separation depended on the type of alcohol but did not depend on the type of the amine that was used. These results suggest that different abilities of particular alcohols to solvate polar groups of polysaccharide have the main impact on retention and selectivity mechanisms.

PL

Przedstawiono rozdzielanie enancjomerów 2,6-diamino-4,5,6,7-tetrahydrobenzotizolu (DATHBT) na kolumnie Chiralpak AD. Zbadano wpływ dodatku amin: trietylo-(TEA), dietylo-(DEA), n-butylo-(BA) i monoetanolo-(MEA) do faz ruchomych - etanol i n-heksan oraz 2-propanol i n-heksan - na rozróżnienie chiralne. Zbadano również wpływ temperatury na retencję, enancjoselektywność i sprawność kolumny przy różnym składzie fazy ruchomej. Dla badanego związku najlepsząselektywność i najwyższą rozdzielczość (Rs = 6) uzyskano w przypadku fazy ruchomej zawierającej mieszaninę etanolu i n-heksanu z dodatkiem MEA. Do wyjaśnienia niektórych aspektów rozpoznania chiralnego wykorzystano parametry termodynamiczne. Fizykochemiczny mechanizm rozdzielania zależał od użytego organicznego modyfikatora: 2-propanolu (IPA) lub etanolu (EtOH). Otrzymane wyniki wskazują, że fizykochemiczna istota mechanizmu rozdzielania dla danego alkoholu była podobna niezależnie od rodzaju aminy. Sugeruje to, że na mechanizm retencji i selektywność wpływa różna zdolność poszczególnych alkoholi do solwatacji grup polarnych fazy polisacharydu.

5

A Theoretical Study of Chiral Recognition in Bis[amino(phenyl)methanol]chromium(0) Complexes

Zborowski K., Alkorta I., Elguero J.

Polish Journal of Chemistry

|

2007

|

Vol. 81, nr 5-6

621-629

EN

Atheoretical study of the complexes formed by the chiral -amino--phenylmethanol in the presence and absence of a chromium(0) atom has been carried out. The results indicate that in the presence of chromium, themost stable complex corresponds to that where the two amino(phenyl)-methanol molecules have the same chirality while in the absence of the mentioned atom the preferred one is that with the two molecules with different chirality.

6

Rozróżnianie molekuł a spektroskopia NMR cieczy

Gryff-Keller A.

Wiadomości Chemiczne

|

2005

|

[Z] 59, 1-2

67--91

EN

The high resolution NMR spectroscopy in liquids is a convenient tool for differentiating stereoisomers. Diastereomeric structures having different spatial distribution of electron density produce different magnetic environments for their nuclei and in consequence have, in general, different NMR spectra. The same concerns diastereotopic groups in a molecule. On the other hand, enantiomers or enantiotopic groups can be differentiated only when they are placed in a chiral environment. It can be accomplished by transforming enantiomers into their diastereomeric derivatives with the aid of chiral derivatising reagents, or by using chiral complexing or solvating agents. The most popular methods of practical realization of these approaches have been reviewed and illustrated with some examples. The spectroscopic differentiation of enantiomers provides a possibility of determining their absolute configurations.

7

Quantum Chemical Study on Chiral Recognition Modes Between Esters of alfa-Hydroxycarboxylic Acids and Amino Acids

Hoffmann M.

Polish Journal of Chemistry

|

2005

|

Vol. 79 / nr 7

1179-1185

EN

Chiral recognition between methyl ester of (R)-lactic acid and (R)- or (S)-alanine has been studied by means of quantum chemistry. The interacting systems in vacuo have been studied up to B3LYP/6-311++G(3df,3pd)//B3LYP/6-31+G(d) and MP2/6-31+G(d) levels, while aqueous solution effects have been included via solvation model SM5.4 calculations. The obtained results shed new light on chiral recognition between homochiral and heterochiral alfa-hydroxy carboxylic acid esters and amino acids. Energy of binding by about 3 kJ/mol favors associations between homochiral (R + R) molecules of methyl ester of lactic acid and alanine then associations between heterochiral (R + S) molecules. In the heterochiral complex alaninie accommodates significantly larger deformation than in the homochiral association.

8

Differences between DeltaH and DeltaS Values of the 1:2 Complexes of Camphor Enantiomers with alfa-Cyclodextrin Determined by NMR Titrations and by Other Techniques

Dodziuk H., Kozminski W., Dolgonos G.

Polish Journal of Chemistry

|

2003

|

Vol. 77 / nr 2

251-255

EN

DeltaH12 andDeltaS12 values for the 1:2 complexes of camphor enantiomers with alfa-cyclodextrin by NMR titrations, carried out from 25 to 48 graduateC, yielded -16.0 +-0.2 kcal/mol and 28.3 0.3 e.u. for 1a@2 and -9.8 0.2 kcal/mol and 9.10.2 e.u. for 1b@2. A comparison of the values obtained by other groups, using isothermal titration calorimetry and reversed-phase liquid hromatography, showed considerable differences except the Delta H12 and DeltaS12 for 1a@2, obtained by NMR and ITC methods. The reason of the differences, involving RPLC, are not discussed in view of internal inconsistencies of this method. On the other hand, the disagreement between the ITC andNMRresults seems to be due to the difference in solvents (H2O and D2O, respectively) used in both methods, which causes deuteration of all 36 OH groups of the host cyclodextrins. Interestingly, the deuteration causes a lowering of the absolute values of DeltaH12 and DeltaS12 for 1b@2, while the corresponding values of the complex with the second enantiomer are either unchanged or undergo only small changes upon the complexation.

9

Cyclodextrins as chiral additives for chromatographic separation of some mandelic acid esters into enantiomers

Bielejewska A., Łukasik B., Duszczyk K., Sybilska D.

Chemia Analityczna

|

2002

|

Vol. 47, No. 3

419-427

EN

Chromatographic behaviour of mandelic acid and its (methyl, ethyl,n-propyl and n-butyl) esters have been studied in RP-HPLC system modified with alfa, beta, gama-cyclodextrins and permethylated alfa-cyclodextrin. It has been found that although native cyclodextrins form with esters a relatively stable complexes of 1:1 stoichiometry, which do not recognize enantio-mers. On the contrary, permethylated alfa-cyclodextrin permits efficient separation of optical isomers. Improved separations have been observed with the lengthening of aliphatic chain in an ester molecule. The enantiomers of esters have been always eluted with the same sequence: first R(-) enantiomer, second the S(+) one, while the order was inverse for free mandelic acid optical isomers. This difference may suggest dissimilar manner of attachment. The attempts to discuss the results in the light of Dalgliesh three point attachment concept have been undertaken. It was assumed that hydrophobic interactions between methyl groups of permethylated Beta-cyclodextrin and alkyl group of ester produce diversity in attachment of enantiomers. In optimization procedure/.e. to obtain base line separation at the shortest time of analysis three parameters have been taken into account; temperature, methanol concentration and native/Beta-cyclodextrin addition. In effect the use of addition of Beta-cyclodextrin is worth to recommendation.

PL

Zbadano chromatograficzne zachowanie się kwasu migdałowego i jego estrów (metylowego-, etylowego-, /n-propylowego i n-bultylowego) w układach RP-HPLC zmodyfikowanych alfa, beta, Gamma- cyklodekstrynami i permetylowaną Beta-cyklodekstryną. Stwierdzono, że naturalne cyklodekstryny tworzą z estrami stosunkowo trwałe kompleksy o stechiometrii 1:1. Nie następuje jednak rozróżnianie enancjomerów estrów. Skuteczne rozdzielanie izomerów optycznych badanych estrów umożliwia natomiast permetylowana Beta-cyklodekstryna Wzmocnienie enancjoselektywności obserwowano wraz z wydłużeniem łańcucha bocznego estrów. Enancjomery estrów były wymywane zawsze w tej samej kolejności; R(+) pierwszy, a drugi S (-), podczas gdy porządek wymywania enancjomerów kwasu migdałowego był odwrotny, co może sugerować różny sposób zaczepienia. Podjęto próby rozpatrzenia wyników w świetle idei trójpunktowego zaczepienia Dalgliesha. Przyjęto, że hydrofobowe oddziaływania między metylowymi grupami pennetylowanej Beta-cyklodekstryny i alkilami estrów sąpodstawązróżnicowania zaczepienia enancjomerów. W toku optymalizacji, aby otrzymać rozdzielenie do linii podstawowej w najkrótszym czasie analizy, wzięto pod uwagę trzy parametry: temperaturę, stężenie metanolu i dodatek Beta-cyklodekstryny. W rezultacie dodatek Beta-cyklodekstryny okazał się godny polecenia.

10

The Role of Steric Hindrance in Molecular recognition Process of 1,4-Diols Obtained from Tartaric Acid

Szczęsna B., Urbańczyk-Lipkowska Z.

Polish Journal of Chemistry

|

2000

|

Vol. 74, nr 4

495-501

EN

X-ray structure analysis has been done and compared with already known crystal structure of host compound. The lack of complexing properties of the former could be explained by differences in intermolecular hydrogen bonding pattern, expressed by sterically hindered and strain free hydroxy groups. respective solution and solid state IR spectra show the same effect in both media.

11

Modelling of Molecular and Chiral Recognition by Cyclodextrins : Is It Reliable? Part 2. Molecular Dynamics Calculations in Vacuum Pertaining to the Selective Complexation of Decalins by B-Cyclodextrin

Dodziuk H., Lukin O.

Polish Journal of Chemistry

|

2000

|

Vol. 74, nr 7

997-1001

EN

Molecular modelling is frequently used to rationalize experimental finding concerning molecular and chiral recognition by cyclodextrins, although the reliability of neither molecular mechanics nor molecular dynamics in this domain has been extensively analyzed. We have recently started a program aiming at the evaluation of computational methods applied in cyclodextrin research.