Estudio de propiedades moleculares del glifosato usando métodos químico-cuánticos computacionales / Study of molecular properties of glyphosate using chemical-quantum computational methods

En este trabajo de investigación se realizó un estudio computacional del glifosato calculando detalladamente las propiedades moleculares del mismo. Se logró a través de este trabajo la caracterización del herbicida glifosato, presentado valores de longitudes de enlace y ángulos así como de propiedades químicas de interés en estudios QSAR, de energías y de bioactividad obtenidos por métodos mecano cuánticos utilizando la mecánica molecular, semiempirico y ab initio. Se analizaron los resultados obtenidos al comparar los datos experimentales del glifosato con los obtenidos computacionalmente demostrando una buena correlación. La estructura del glifosato fue trazada usando la interfaz de Hyperchem; esta fue sometida a cálculos de optimización geométrica inicialmente de Mecánica Molecular para obtener la estructura más estable, posteriormente todas las estructuras fueron analizadas mediante el método semiempirico PM3 para obtener valores más confiables de energía y geometría. Para el método ab initio se usó la base 3-21G. La minimización de la energía de las estructuras se desarrolló por el método Fletcher-Reeves de gradiente conjugado hasta un valor de gradiente RMS (root-mean-square) menor a 0,100 Kcal/(A°mol) o un máximo de 500 ciclos de iteración, el límite de convergencia SCF empleado fue de 0,001 Kcal/mol. Las propiedades moleculares necesarias en QSAR (Relaciones estructura actividad) y la predicción de bioactividad se realizó en el software quimio informático Molinspiration. El ordenamiento de los datos numéricos, las gráficas, regresiones y el ANOVA se realizaron en Excel 2015. Los valores encontrados de longitud de enlace resultan muy satisfactorios, se encontró que el estadístico F (0,1574) es menor al valor crítico (2,479) y la P es mayor a 0,05, aceptándose la hipótesis nula, la desviación media absoluta resultó 0,27Å. La regresión dió coeficientes r2 de 0,89-0,86 y 0,76 para el método semiempirico, mecánica molecular y ab initio respectivamente.Para los ángulos, los valores encontrados también son satisfactorios, el estadístico F (0,226 ) valor crítico (2,43) y la P es mayor a 0,05, desviación media absoluta encontrada fue de 5,02 grados.

In this research work a computational study of glyphosate was carried out, calculating in detail the molecular properties of it. Through this work, the characterization of the glyphosate herbicide was achieved, presenting values of link lengths and angles as well as chemical properties of interest in QSAR studies, of energies and bioactivity obtained by quantum mechano methods using molecular, semi-empirical and ab-mechanical mechanics. Initio the results obtained were analyzed by comparing the experimental data of glyphosate with those obtained computationally demonstrating a good correlation. The structure of glyphosate was plotted using the Hyperchem interface; this was subjected to geometric optimization calculations initially of Molecular Mechanics to obtain the most stable structure, subsequently all structures were analyzed using the PM3 semi-empirical method to obtain more reliable energy and geometry values. For the ab initio method, the 3-21G base was used. The energy minimization of the structures was developed by the Fletcher-Reeves method of conjugate gradient up to a RMS (root-mean-square) gradient value less than 0,100 Kcal / (A°mol) or a maximum of 500 iteration cycles , the SCF convergence limit used was 0,001 Kcal / mol. The molecular properties required in QSAR (Activity structure relationships) and bioactivity prediction were performed in the Molinspiration computer chemo software. The ordering of the numerical data, the graphs, regressions and the ANOVA were performed in Excel 2015. The values found for link length are very satisfactory, it was found that the F statistic (0,1574) is less than the critical value (2,479) and the P is greater than 0.05, accepting the null hypothesis, the absolute mean deviation was 0.27Å. The regression gave r2 coefficients of 0,89-0,86 and 0,76 for the semi-empirical method, molecular mechanics and ab initio respectively. For the angles, the values found are also satisfactory, the statistical F (0,226) critical value (2,43) and P is greater than 0,05, absolute mean deviation found was 5,02 degrees.

Estudio de propiedades moleculares de cuatro flavonoides de Baccharis boliviensis / Study of molecular properties of four flavonoids of baccharis boliviensis

En este trabajo de investigación se realizó un estudio de relación estructura y actividad antioxidante empleando métodos computacionales basándose en propiedades estructurales y electrónicas, para lograr este objetivo se utilizó el programa computacional Hyperchem versión 8.0.1 empleando métodos cuánticos semiempiricos, a partir de las estructuras más estables obtenidas se calcularon longitudes de enlace, cargas atómicas, entalpias de disociación de enlace y orbitales moleculares de los cuatro flavonoides de Baccharis boliviensis aislados e identificados por el grupo de investigadores de Almanza, G. et.al en el año 2012. Al relacionar todos los datos obtenidos con la capacidad antioxidante se encontró que la actividad antioxidante entre los cuatro flavonoides el flavonoide 4 tiene mayor capacidad antioxidante debido al mayor número de grupos hidroxilo y a los valores bajos de energía de disociación de enlace EDE relativa respecto al flavonoide 1 que ocuparía el segundo lugar en términos de capacidad antioxidante, apoyan a estos resultados el hecho de considerar los valores de la segunda diferencia de energía de disociación de enlace EDE entre estos dos flavonoides se obtiene una diferencia de 1.106 H (Hartrees) para el flavonoide 4 y 1.4651H para el flavonoide 1. Los flavonoides 2 y 3 ocuparían las posiciones 3 y 4 en términos de capacidad antioxidante respectivamente. En conclusión la actividad antioxidante de los cuatro flavonoides estudiados presenta el siguiente orden de mayor a menor actividad antioxidante: flavonoide 4 > flavonoide 1 > flavonoide 2 > flavonoide 3.

In this research work was carried out a study of relationship structure and antioxidant activity using computational methods based on structural and electronic properties, to achieve this objective we used the computer program Hyperchem version 8.0.1 using semiempirical quantum methods, from structures More stable, bond lengths, atomic charges, bond dissociation enthalpies and molecular orbitals of the four Baccharis boliviensis flavonoids isolated and identified by the Almanza group, G Et.al in 2012, were calculated. By relating all the data obtained with the antioxidant capacity it was found that the antioxidant activity among the four flavonoids flavonoid 4 has higher antioxidant capacity due to the higher number of hydroxyl groups and the lower energy values of linkage dissociation EDE relative to flavonoid 1 that would occupy the second place in terms of antioxidant capacity, support to these results the fact of considering the values of the second energy difference of linkage dissociation EDE between these two flavonoids gives a difference of 1,106 H (Hartrees) for the flavonoid 4 and 1.4651H for flavonoid 1. The flavonoids 2 and 3 would occupy positions 3 and 4 in terms of antioxidant capacity respectively. In conclusion the antioxidant activity of the four flavonoids studied has the following order of highest to lowest antioxidant activity: Flavonoid 4> flavonoid 1> flavonoid 2> flavonoid 3.

Theoretically nanoscale study on ionization of muscimol nano drug in aqueous solution

In the present work, acid dissociation constant (pKa) values of muscimol derivatives were calculated using the Density Functional Theory (DFT) method. In this regard, free energy values of neutral, protonated and deprotonated species of muscimol were calculated in water at the B3LYP/6-31G(d) basis sets. The hydrogen bond formation of all species had been analyzed using the Tomasi's method. It was revealed that the theoretically calculated pKa values were in a good agreement with the existing experimental pKa values, which were determined from capillary electrophoresis, potentiometric titration and UV-visible spectrophotometric measurements.

No presente trabalho, calculou-se a constante de dissociação do ácido (pKa) dos derivados de muscimol, utilizando-se o método da teoria do funcional de densidade (DFT). Com esse objetivo, calcularam-se os valores das espécies neutra, protonada e desprotonada do muscimol em água em base B3LYP/6-31G(d). A formação da ligação de hidrogênio de todas as espécies foi analisada utilizando o método de Tomasi. Demonstrou-se que os valores de pKa calculados teoricamente estavam em boa concordância com os valores experimentais disponíveis, determinados por eletroforese capilar, titulação potenciométrica e medidas por espectrofotometria UV-visível.

Theoretical indications on the relationship between pyrogallol[4]arenes dynamics of assembling and geometry / Indicios teóricos entre la relación dinámica de ensamblaje y geometría de pirogalol[4]arenos / Indícios teóricos sobre a relação entre dinâmica de montagem e geometria de pirogalol[4]arenos

Los pirogalol[4]arenos son macrociclos con gran potencial como bloques de construcción de nanocápsulas. Los dímeros precursores del 2,8,14,20-tetrametilpirogalol[4]areno y del 2,8,14,20-tetrafenilpirogalol[4]areno se estudiaron teóricamente para obtener entendimiento acerca de la dinámica de ensamble de estos compuestos. Las curvas de energía potencial a lo largo del ángulo de torsión del enlace R-pirogalol)CH-(R-pirogalol) de los dímeros han sido calculadas al nivel de teoría B3LYP/6-311G(d,p). Se encontró que las barreras de energía para rotación libre en torno al enlace seleccionado son 0.00133 Hartrees para el dímero con sustituyentes alquílicos y 0.77879 Hartrees para aquél con sustituyentes arílicos. Estos valores implican que la rotación libre en torno al enlace seleccionado es permitida para el primer dímero pero es prohibida para el segundo. Puesto que las orientaciones del sustituyente y el anillo de pirogalol en torno a este enlace posiblemente determinan la geometría de la estructura final, parece razonable proponer que el pirogalol[4]areno con sustituyentes alquílicos más probablemente adoptará una geometría de corona, mientras que el pirogalol[4]areno con sustituyentes arílicos mas probablemente adoptará una geometría de silla. Estas previsiones están en acuerdo con evidencia experimental la cual demuestra que la geometría de los pirogalol[4]arenos es dependiente del tipo de sustituyentes presentes en ellos.

O pyrogalol [4]arenes são macrocycles com grande potencial como blocos de construção da nanocapsules. Os dímeros precursores de 2,8,14,20-tetrametilpirogalol[4]arene e 2,8,14,20-tetrafenilpirogalol[4]arene foram estudados teoricamente para obter uma compreensão sobre a dinâmica do monte destes compostos. As curvas de energia potencial ao longo do ângulo de torção da link R-pkogdol)CH-(R-pirogalol) dos dímeros foram calculados ao nível da teoria B3LYP/ 6-311G(d,p). Verificou que as barreiras de energia da rotação livre em torno do link selecionado é 0,00133 Hartrees para ao dímero com substituintes alquil e 0,77879 Hartrees para que com substituintes aril. Esses valores implicam que a livre rotação em torno da link seleccionado é permitido para o primeiro dímero mas é proibida para o segundo. Uma vez que a orientação dos substituintes e o anel de pyrogalol em torno deste link possivelmente determinar a geometria da estrutura final, parece razoável sugerir que o pyrogalol[4]arene com substituintes alquil mais provavelmente vai ter uma geometria da copa, enquanto o pyrogalol[4]arene com substituintes resíduo mais provavelmente irá ter uma geometría de cadeira. Estas previsões estão de acordo com evidências experimentais que demonstram que a geometria do pyrogalol[4]arenes é dependente do tipo de substituintes presentes nos mesmos.

Pyrogallol[4]arenes are macrocycles with high potential as building blocks for nanocapsules. We theoretically studied the dimeric precursors of 2,8,14,20-tetramethylpyrogaUol[4]arene and 2,8,10,14-tetraphenylpyrogallol[4] arene to understand the dynamics of assembly of these compounds, and calculated the potential energy curves along the torsion angle of the (R-pyrogallol)CH-(R-pyrogallol) dimeric bond at the B3LYP/6-311G(d,p) level of theory. We found that the energy barriers for free rotation around the selected bond are 0.00133 Hartrees for the alkyl-substituted dimer and 0.77879 Hartrees for the aryl-substituted dimer. These values imply that the free rotation around the selected bond exists for the first dimer but not for the second one. Because the orientation of the substituent and the pyrogallol ring around this bond are likely to determine the geometry of the final structure, we propose that the alkyl-substituted compound will most likely adopt a crown-shaped geometry whereas the aryl-substituted compound will adopt a chair-shaped geometry. These predictions concur with experimental evidence, which shows that the geometry of pyrogallol[4]arenes depends on the substituents attached to them.