Función de los confórmeros de ataque cercano en la acilación enantioselectiva del (R,S)-propranolol catalizada por lipasa B de Candida antárctica / Rol of the near attack conformers during enantioselective acylation of (R,S)-propranolol catalysed by Candida antarctica lipase B

RESUMEN La lipasa B de Candida antárctica (CalB) se ha utilizado en la acilación quimio- y enantioselectiva del racemato (R,S)-propranolol. CalB tiene enant¡oselect¡v¡dad moderada (£=63) por el R-propranolol. La enantioselectividad, se origina en la reacción de transferencia del grupo acilo desde la serina catalítica, acilada, al propranolol. La fase inicial de esta reacción involucra la formación de complejos de Michaelis y posteriormente conformaciones de ataque cercano. El análisis de las conformaciones de ataque cercano ha permitido en varios casos explicar el origen de la catálisis o reproducir el efecto catalítico. En este trabajo se profundiza en la comprensión la función de las conformaciones de ataque cercano en la enantioselectividad de la acilación del (R,S)-propranolol catalizada por CalB. Para lo anterior se realizó un estudio detallado de los complejos de Michaelis y de las conformaciones de ataque cercano del paso enantioselectivo de la reacción de acilación del (R,S)-propranolol utilizando un protocolo de dinámica molecular QM/MM (SCCDFTB/CHARMM) utilizando 6 distribuciones de velocidades iniciales y simulaciones de 2,5 ns. Se estudiaron 7 complejos CalB-propranolol. Los enlaces de hidrógeno del sitio activo de CalB acilada relevantes para la actividad catalítica fueron estables en todas las simulaciones. Las poblaciones de los complejos de Michaelis y de las conformaciones de ataque cercano son dependientes de la distribución de las velocidades iniciales de la dinámica molecular. La enantioselectividad moderada de CalB acilada, encontrada experimentalmente, puede ser parcialmente atribuida a la alta población de conformaciones de ataque cercano observada para el S-propranolol.

ABSTRACT Candida antarctica lipase B (CalB) has been used for chemo- and enantioselective acylation of racemic (R,S)-propranolol, with moderate enantioselectivity (£=63) for R-propranolol. The enantioselective step in this reaction is the transfer of an acyl group from the catalytic acylated serine to propranolol. The initial phase of this reaction involves the formation of Michaelis complexes, followed by the formation of near-attack complexes. The analysis of the near-attack complexes has in several cases permitted to explain the origin of the catalysis or to reproduce the catalytic effect. The aim of this study was improve the understanding of the role of the near-attack complexes for the enantioselectivity of the acylation of (R,S)-propranolol, catalyzed by CalB. To this purpose a detailed investigation of the Michaelis and near-attack complexes of the enantioselective step of the acylation of (R,S)-propranolol using QM/MM molecular dynamics was performed. Several simulations (each 2,5 ns) with different initial velocity distributions were performed. In total seven CalB-propranolol complexes were studied. The hydrogen bonds in the active site of CalB, which are relevant for the catalytic activity, are stable in all simulations. The lifetime of the Michaelis complexes is considerably shorter than the simulation time. Conclusions: The populations of the Michaelis and near-attack complexes depend on the initial velocity distribution in the molecular dynamics simulations. The experimentally observed moderate enantioselectivity may be partially attributed to the high population of near-attack conformations of S-propranolol.

Efecto de la estructura molecular sobre el espectro electrónico vertical de la oxoglaucina / Effects of the molecular structure on the electronic vertical spectrum of oxoglaucine / Efeito da estrutura molecular no espectro eletrônico vertical da oxoglaucina

Resumen Se investigó el espectro electrónico vertical de la oxoglaucina utilizando el método de interacción de configuraciones multi-referencial (DFT/MRCI). Se analizó el efecto de los grupos metilo y metoxilo sobre la geometría y la distribución energética de los estados excitados de baja energía utilizando la base TZVP. Se encontró que, en los mínimos del estado fundamental de oxoglaucina, oxoglaucina sin grupos metilo y sin grupos metoxilo, los estados excitados singulete de más baja energía son de tipo nП* (S1) y ПП* (S2) y que los estados triplete ПП* (T1) y nП* (T2) son energéticamente accesibles desde S1 Desde el punto de vista energético, se encontró que el canal más eficiente para el entrecruzamiento de sistemas singulete-triplete es 1(nП*)3(ПП*). Aunque la presencia de los grupos metilo y metoxilo distorsionan la planaridad del sistema de anillos, su efecto en la distribución (vertical) de los estados singulete y triplete de más baja energía es mínimo.

Abstract The vertical electronic spectrum of oxoglaucine by means of a multireference configuration interaction method (DFT/ MRCI) was studied. The effect of both methyl and methoxy groups on the geometries and energetic distribution of the low-lying excited states was analyzed. The results show that, by means of the TZVP basis set, at the ground state minima of oxoglaucine, oxoglaucine without methyl and methoxy groups, the lowest excited singlet states are of nП* (S1) and ПП* (S2) type. Triplet states of ПП* (T1) and nП* (T2) type are energetically accessible from S1. From the energetic point of view, it can be proposed that the channel for an efficient intersystem crossing 1(nП*)3(ПП*) is plausible. Although the presence of the methyl and methoxyl groups distort the planarity of the rings system, the effect in the vertical distribution of the lowest lying singlet and triplet states can be considered as negligible.

Resumo O espectro eletrônico vertical da oxoglaucina foi investigado por meio do método de interação de configurações multi referência (DFT/MRCI). Foi estudado o efeito dos grupos metilo e metoxi nas geometrias e na distribuição energética dos estados excitados de baixa energia utilizando a base TZVP. Os resultados mostram que nos mínimos do estado fundamental da oxoglaucina, a oxoglaucina sem grupos metilo e metoxi os estados excitados singletos de mais baixa energia são de tipo nП* (S1) y ПП* (S2) e que os estados tripletos do tipo ПП* (T1) e nП* (T2) são energeticamente acessíveis a partir de S1 Do ponto de vista energético, pode-se propor que o canal para um cruzamento intersistema eficiente 1(nП*)3(ПП*) seja plausível. Embora a presença dos grupos metilo e metoxilo distorçam a planaridade do sistema de anéis, o efeito na distribuição vertical dos estados de singleto e de tripleto de mais baixa energía pode ser considerado negligenciável.

Synthesis of new N-phenyl-N-(1-phenylhex- 5-en-1-yl)acetamides and their ¹H-NMR conformational study / Síntesis de nuevas N-fenil- N-(1-fenilhex-5-en-1-il) acetamidas y su estudio conformacional mediante ¹H-RMN / Síntese de novas N-fenil- N-(1-fenilhex-5-en-1-il) acetamidas e o seu estudo conformacional por ¹H-RMN

Antifungal and antiparasitic activities for N-acetyl derivatives of different N-(prop)butenylamines have been previously evaluated and reported. Consequently, an efficient and versatile synthesis procedure and complete characterization of different N-phenyl-N-(1-phenylhex-5-en-1-yl)acetamides is presented. Two conformational isomers were observed for one of the compounds in their ¹H/13C-NMR spectra. The conformational analysis was carried out using the B3LYP functional with the 6-31+G(2d,p) basis and the NMR spectroscopic data. The dihedral angle values of the allylic system obtained by both computational methods and ¹H-NMR data analysis (Garbisch's equation) were compared and used to successfully determine the conformational structures and the intramolecular interaction responsible for signal duplicity and chemical shifting respectively.

Previamente se han evaluado y reportado las propiedades antifúngicas y antiparasitarias para derivados de N-acetil procedentes de diferentes N-(prop)butenilaminas. En este sentido, la esta investigación presenta un procedimiento de síntesis versátil y eficiente, con la caracterización completa de diferentes N-fenil-N-(1-fenilhex-5- en-1-yl)acetamidas. Se observaron dos isómeros conformacionales para uno de los compuestos en su espectro ¹H/13CRMN. El análisis conformacional se llevó a cabo usando B3LYP funcional con base en 6-31+G(2d,p) y los datos de espectroscopia RMN. Los valores de ángulo dihedro del sistema alílico -obtenidos por los métodos computacionales citados y el análisis de los datos derivados de ¹H-RMN usando la ecuación de Garbisch-, se compararon y se usaron para determinar exitosamente las estructuras conformacionales isoméricas y la interacción intramolecular responsables de la duplicidad de señales y del desplazamiento químico, respectivamente.

As atividades antifúngicas e antiparasitárias de N-acetil derivados de diferentes N-(prop)butenilaminas têm sido previamente avaliadas e relatadas. Neste trabalho, apresenta-se uma rota de síntese eficiente e a caracterização completa de diferentes N-fenil-N-(1-fenilhex-5-en-1-il)acetamidas. Nos espectros ¹H/13C-RMN foram observados dois isômeros conformacionais para um dos compostos. Foi feita uma análise conformacional usando o funcional B3LYP com bases 6-31+G(2d,p) e os dados de ¹H-RMN. Os valores dos ângulos diedros do sistema alílico obtidos por métodos computacionais e por análise de dados de ¹H-RMN (equação de Garbish) foram comparados e usados para determinar as estruturas dos confôrmeros, o que permitiu determinar as interações intramoleculares responsáveis do diferente deslocamento químico e a conseqüente duplicidade dos sinais no composto que apresentou os dois confôrmeros.

Proton transfer from 1,4-pentadiene to superoxide radical anion: a QTAIM analysis / Transferencia de protón desde el 1,4-pentadieno al radical anión superóxido: un análisis QTAIM / Transferência de prótons de 1,4-pentadieno o ânion radical superóxido: uma análise QTAI

We studied the bis-allylic proton transfer reaction from 1,4-pentadiene to superoxide radical anion (O2.-). Minima and transition state geometries, as well as thermochemical parameters were computed at the B3LYP/6-311+G(3df,2p) level of theory. The electronic wave functions of reactants, intermediates, and products were analyzed within the framework of the Quantum Theory of Atoms in Molecules. The results show the formation of strongly hydrogen bonded complexes between the 1,4-pentadien- 3-yl anion and the hydroperoxyl radical as the reaction products. These product complexes (PCs) are more stable than the isolated reactants and much more stable than the isolated products. This reaction occurs via pre-reactive complexes which are more stable than the PCs and the transition states. This is in agreement with the fact that the net proton transfer reaction that leads to free products is an endothermic and nonspontaneous process.

Nosotros estudiamos la reacción de transferencia de protón bis-alílico del 1,4-pentadieno al radical anión superóxido (O2.--). Las geometrías de los mínimos y de los estados de transición, así como también los parámetros termoquímicos se calcularon usando el nivel de teoría B3LYP/6-311+G(3df,2p). Las funciones de onda electrónicas de los reactantes, intermedios y productos se analizaron dentro del marco de la teoría cuántica de átomos en moléculas. Nuestros resultados muestran la formación de complejos estabilizados por enlaces de hidrógeno entre el anión 1,4pentadien-3-ilo y el radical hidroperoxilo como productos de reacción. Estos complejos producto (PCs) son más estables que los reactantes aislados y mucho más estables que los productos aislados. Esta reacción ocurre vía la formación de complejos pre-reactivos, los cuales son más estables que los PCs y los estados de transición. Estos resultados están de acuerdo con el hecho de que la reacción global de transferencia de protón que conduce a la formación de los productos libres es un proceso endotérmico y no espontáneo.

Estudou-se a reação de transferência do próton bis-alílico do 1,4-pentadieno ao radical ânion superóxido (O2.-). As geometrias dos mínimos e dos estados de transição, bem como os parâmetros termoquímicos foram calculadas utilizando o nível de teoria B3LYP/6-311+G(3df, 2p). As funçÃμes de onda eletrònica dos reagentes, intermediários e produtos foram analisadas no âmbito da teoria quântica de átomos em moléculas. Os resultados obtidos demonstram a formação de complexos estabilizados por ligaçÃμes de hidrogênio entre o ânion 1,4-pentadieno- 3-ilo e o radical hidroperoxilo como produtos de reação. Estes complexos formados como produtos (PCs) são mais estáveis do que os reagentes isolados e muito mais estáveis do que os produtos isolados. Esta reação ocorre por meio de complexos pré-reativos mais estáveis do que os PCs e os estados de transição. Estes resultados estão de acordo com o fato da reação global de transferência de próton que conduz à formação dos produtos livres, é um processo endotérmico e não espontâneo.