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Theoretical Studies of Reactivity and Selectivity in some organic Reactions
No full textSome organic reactions with biological or commercial interest have been studied by using reactivity and selectivity indices proposed in the density functional theory. The reactions studied include the electrophilic additions, the Baeyer- Villiger oxidations, and the nucleophilic substitutions. For the study, the concepts of electrophilicity and nucleophilicity have been applied as reactivity descriptors. The local hardness has been applied as well as a selectivity descriptor. In this way, the reactivity and selectivity patterns have been studied for the reactants involved in these organic reactions. They have been ranked in theoretical scales which are comparable with experimental scales obtained from kinetic data
On the reaction mechanism of the 3,4-dimethoxybenzaldehyde formation from 1-(3',4'-dimethoxyphenyl) propene
No full textLignin peroxidase (LiP) is an important enzyme for degrading aromatic hydrocarbons not only in nature but also in industry. In the presence of H₂O₂, this enzyme can easily decompose lignin and analogue compounds under mild conditions. In this reaction mechanism, LiP catalyzes the C-C cleavage of a propenyl side chain, being able to produce veratraldehyde (VAD) from 1-(3',4'-dimethoxyphenyl) propene (DMPP). One of the few and complete proposed mechanisms includes several non-enzymatic reactions. In this study, we performed a computational study to gain insight about the non-enzymatic steps involved in the reaction mechanism of VAD formation from DMPP using LiP as a catalyst. A kinetic characterization of the reaction using the reaction force and the reaction force constant concepts within the density functional theory (DFT) framework is proposed. All theoretical calculations for the reaction pathway were performed using the Minnesota Global Hybrid functional M06-2X and a 6-31++G(d,p) basis set. The complete reaction comprises seven steps (five steps not including LiP as a catalyst), which include radical species formation, bond transformation, water and oxygen addition, atom reordering, and deacetylation. The overall mechanism is an endothermic process with mixed activation energies depending on the four transition states. These results are the first attempt to fully understand the catalytic role of LiP in the degradation of lignin and its aromatic derivative compounds in terms of the electronic structure methods and future hybrid calculation approaches that we have recently been performing
The Role of Organic Small Molecules in Pain Management
No full textIn this review, a timeline starting at the willow bark and ending in the latest discoveries of analgesic and anti-inflammatory drugs will be discussed. Furthermore, the chemical features of the different small organic molecules that have been used in pain management will be studied. Then, the mechanism of different types of pain will be assessed, including neuropathic pain, inflammatory pain, and the relationship found between oxidative stress and pain. This will include obtaining insights into the cyclooxygenase action mechanism of nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAID) such as ibuprofen and etoricoxib and the structural difference between the two cyclooxygenase isoforms leading to a selective inhibition, the action mechanism of pregabalin and its use in chronic neuropathic pain, new theories and studies on the analgesic action mechanism of paracetamol and how changes in its structure can lead to better characteristics of this drug, and cannabinoid action mechanism in managing pain through a cannabinoid receptor mechanism. Finally, an overview of the different approaches science is taking to develop more efficient molecules for pain treatment will be presented. View Full-Tex
Determinación computacional de la afinidad y eficiencia de enlace de antiflamatorios No esteroideos inhibidores de la Ciclooxigenasa-2
No full textEl presente es un estudio computacional de la interacción de diferentes antinflamatorios no esteroideos con la enzima Ciclooxigenasa 2 (COX-2). El objetivo fue determinar la afinidad con la cual los inhibidores estudiados se enlazan con el sitio activo de la enzima y calcular la eficiencia de enlace de los mismos. Además, comprobar la aplicabilidad de los métodos de acoplamiento molecular, en la determinación de moléculas prometedoras, que aceleren los estudios de descubrimiento de nuevos fármacos. Se utilizaron métodos de dinámica molecular, para modelar las interacciones entre la enzima COX-2 y los sustratos celecoxib, diclofenaco, etoricoxib, indometacina, ibuprofeno, meloxicam y naproxeno, por medio del programa Autodock VINA. Los resultados muestran que la molécula que posee una mayor afinidad con la COX-2 es el celecoxib, con una energía de enlace de -10.8 kcal/mol y una constante de equilibrio Ki de 1.21x10-8 M. El ibuprofeno y el naproxeno son las moléculas con mayor eficiencia de enlace, con un valor mayor a -0.48 kcal/mol/átomos (no hidrógeno). Esto demuestra que una molécula que tiene una buena afinidad, no necesariamente debe tener una buena eficiencia de enlace. Estos valores dan una pauta para poder elegir la mejor molécula para inhibir la enzima COX-2 y en casos de descubrimiento de fármacos
Estudio comparativo de la estructura química del anetol extraído del anís estrellado (Illicium verum) con el rpoducto sintético y computacional.
No full textEn el presente estudio se comparó la estructura química del anetol extraído del anís de la especie Illicium verumcon el producto sintético y computacional. La metodología experimental se basó en la extracción, aislamiento y purificación de anetol natural a partir de muestras comerciales de anís estrellado. El anetol sintético se preparó a nivel de laboratorio mediante una reacción selectiva a partir de anisol y cloruro de propionilo. El modelamiento computacional de la síntesis química se realizó en el software Gaussian03 con el empleo del funcional híbrido B3LYP y el conjunto de bases 6-31G (d) y se obtuvieron los espectros infrarrojos teóricos de los isómeros geométricos cisy trans anetol. La caracterización del anetol natural, sintético y teórico se realizó por espectroscopia de infrarrojos. Los resultados demostraron que la estructura química del principio activo del anís estrellado fue trans-anetol y del producto sintético cisy transanetol. En el anís estrellado el rendimiento de aceite esencial fue 2,18 %, del cual 1,44 % corresponde al trans-anetol. En el anetol sintético se obtuvo un rendimiento del 58.18%. Finalmente, se comprobó computacionalmente que la estructura química del trans-anetol es más estable que su análogo cis, debido a una diferencia energética de 2.63 kcal/mol, es por ello que presenta mayor abundancia relativa en la naturaleza
La química computacional como herramienta para entender procesos químicos y bioquímicos a nivel molecular
No full textCon el avance de la tecnología, la química computacional se ha convertido en pieza clave de las investigaciones científicas. Hoy en día, la química computacional ha logrado obtener métodos y algoritmo capaces de reducir errores en la predicción de propiedades y simulación de eventos químicos llegando a ser comparables con resultados experimentales. Ser capaces de entender diferentes procesos químicos desde un punto de vista molecular, lo que muchas veces es imposible conseguir mediante la experimentación, hace de la química computacional una herramienta poderosa. Así, procesos como el descubrimiento de nuevos medicamentos, han dejado de depender del factor del azar, para transformarse en procesos más eficientes y racionales llegando a reducir el tiempo en un 50 %. En esta revisión, examinaremos algunos ejemplos de cómo la química computacional ha ayudado a tener un mejor entendimiento de procesos químicos como la sustitución nucleofílica de Vicarius, la interacción de nanopartículas de plata con moléculas orgánicas y el mecanismo de reacción de la biodegradación de la lignina en presencia de la lignina peroxidasa. También se presenta investigaciones sobre el posible mecanismo de acción de fármacos como el paracetamol o de los péptidos antimicrobianos extraídos del exudado de ranas
Computational study of the binding mode, action mechanism and potency of pregabalin through molecular docking and quantum mechanical descriptors
No full textIn the present study, we performed a computational study to gain insights on the binding mode and high affinity of pregabalin, its inactive isomer (R-pregabalin) and gabapentin when modulating voltage-gated calcium channels. Quantum chemical descriptors were evaluated at two different levels of theory (ωB97XD and B3LYP-D3) for the three molecules. The results show that the three ligands have similar quantum chemical descriptors, suggesting that the affinity is governed by the binding pose and the ability to access the pocket. The binding mode analysis of pregabalin indicates that it is interacting with 12 residues (6 hydrogen bonds) including Arg217, which is key to pregabalin action mechanism. Our results suggest that the electrostatic interactions and the hydrogen bonds between pregabalin and Arg217 could explain its high affinity, highlighting the importance of Arg217 in the pharmacological action
Theoretical investigation of the molecular structure and molecular docking of etoricoxib
No full textIn this work, a computational chemical study of Etoricoxib was carried out at the B3LYP/6311G(d,p) level of theory, at the gas, aqueous and ethanol phases. Through the chemical reactivity descriptors derived from the DFT, it was possible to find that Etoricoxib structure exhibits a major chemical activity in water and ethanol phases in comparison to the gas phase, which suggests this drug would be more active in biological solvents like in blood, tissues and places where the ciclooxigenasa 2 (COX)-2 is found. In addition, a molecular docking analysis was conducted to study the interaction of Etoricoxib with the COX-2 active site. The results suggest that Etoricoxib interacts with 19 amino acid residues inside the COX-2 active site
Caracterización del mecanismo de reacción entre n-hexano y metanal a través de los conceptos de fuerza de reacción, constante de fuerza y flujo electrónico de reacción.
No full textMediante los conceptos de fuer za de reacción, constante de fuerza y perfil de flujo electrónico de reacción se caracterizó el mecanismo de reacción entre n-hexeno y metanal. Termodinámicamente, es una reacción exotérmica (ΔEo=-13.6 kcal/mol) con una energía de activación de 34.2 kcal/mol. En eL mecanismo, se distinguen tres pasos importantes, que inician con el desplazamiento del hidrógeno desde el n-hexeno al metanal, a continuación se produce el reordenamiento electrónico tanto de electrones πcomo σ y termina con una relajación estructural y formación de enlaces σ, para dar finalmente un producto de transferencia de grupo
A computational study of steviol and its suggested anticancer activity. A DFT and docking study
No full textIn the present, study we analyzed the electronic properties of Steviol, the Stevia rebaudiana metabolite, and its interaction with antiapoptotic protein BCL-2. The ionization potential and electrophilicity index values were evaluated in the framework of the DFT, and these values suggest that Steviol may form ligand-receptor interactions. Also, the bond dissociation energy and the electrostatic potential distribution of Steviol reveal its antioxidant behavior. Docking studies were performed to evaluate the feasibility of this molecule to interact with antiapoptotic protein BCL-2. However, no hydrogen bonds were found in the pocket site, instead six interactions, including alkyl and π-alkyl type were formed, suggesting that the possible most feasible mechanism for anticancer activity would be through free radicals scavenging
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