Predicting molecular structures: an application of the cutting angle method

The ability to predict molecular geometries has important applications in chemistry. Specific examples include the areas of protein space structure elucidation, the investigation of host–guest interactions, the understanding of properties of superconductors and of zeolites. This prediction of molecular geometries often depends on finding the global minimum or maximum of a function such as the potential energy. In this paper, we consider several well-known molecular conformation problems to which we apply a new method of deterministic global optimization called the cutting angle method. We demonstrate that this method is competitive with other global optimization techniques for these molecular conformation problems.

Analysis of Bothrops jararacussu venomous gland transcriptome focusing on structural and functional aspects: I - gene expression profile of highly expressed phospholipases A(2)

Snake venom glands are a rich source of bioactive molecules such as peptides, proteins and enzymes that show important pharmacological activity leading to in local and systemic effects as pain, edema, bleeding and muscle necrosis. Most studies on pharmacologically active peptides and proteins from snake venoms have been concerned with isolation and structure elucidation through methods of classical biochemistry. As an attempt to examine the transcripts expressed in the venom gland of Bothrops jararacussu and to unveil the toxicological and pharmacological potential of its products at the molecular level, we generated 549 expressed sequence tags (ESTs) from a directional cDNA library. Sequences obtained from single-pass sequencing of randomly selected cDNA clones could be identified by similarities searches on existing databases, resulting in 197 sequences with significant similarity to phospholipase A(2) (PLA(2)), of which 83.2% were Lys49-PLA(2) homologs (BOJU-1), 0.1% were basic Asp49-PLA(2)s (BOJU-II) and 0.6% were acidic Asp49-PLA(2)s (BOJU-III). Adjoining this very abundant class of proteins we found 88 transcripts codifying for putative sequences of metalloproteases, which after clustering and assembling resulted in three full-length sequences: BOJUMET-I, BOJUMET-II and BOJUMET-III; as well as 25 transcripts related to C-type lectin like protein including a full-length cDNA of a putative galactose binding C-type lectin and a cluster of eight serine-proteases transcripts including a full-length cDNA of a putative serine protease. Among the full-length sequenced clones we identified a nerve growth factor (Bj-NGF) with 92% identity with a human NGF (NGHUBM) and an acidic phospholipase A2 (BthA-I-PLA(2)) displaying 85-93% identity with other snake venom toxins. Genetic distance among PLA(2)s from Bothrops species were evaluated by phylogenetic analysis. Furthermore, analysis of full-length putative Lys49-PLA(2) through molecular modeling showed conserved structural domains, allowing the characterization of those proteins as group II PLA(2)s. The constructed cDNA library provides molecular clones harboring sequences that can be used to probe directly the genetic material from gland venom of other snake species. Expression of complete cDNAs or their modified derivatives will be useful for elucidation of the structure-function relationships of these toxins and peptides of biotechnological interest. (C) 2004 Elsevier SAS. All rights reserved.

Lipophyllic antioxidants from Iryanthera juruensis fruits

The phytochemical investigation of the hexane extract of I,:Iryanthera juruensis (Myristicaceae) fruits led to the isolation of two tocotrienols and four lignans which exhibited antioxidant activity towards beta -carotene on TLC autographic assay. Two inactive quinones and three omega -arylalkanoic acids were also isolated. The isolates were investigated for their redox properties using cyclic voltammetry. The structure elucidation of the new compounds tone tocotrienol. one quinone and three w-arylalkanoic acids) was based on analysis of spectroscopic data, (C) 2001 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Limonoids showing selective toxicity to DNA repair-deficient yeast and other constituents of Trichilia emetica

Bioactivity-directed fractionation of the MeCOEt extract of Trichilia emetica (Meliaceae) resulted in the isolation of the limonoids nymania 1 (1), drageana 4 (3), trichilin A (4), rohituka 3 (5),and Tr-B (7) and the novel seco-A protolimonoid 8. of these, nymania 1 and Tr-B showed selective inhibitory activity toward DNA repair-deficient yeast mutants. The isolation, structure elucidation, C-13 NMR spectral assignments, and biological activities of:these compounds are reported.

Biological activities of constituents from Psychotria spectabilis

In a biological and phytochemical study on the leaves of Psychotria spectabilis Steyerm., seven compounds were isolated and identified from the CHCl3/MeOH (2:1, v/v) and MeOH extracts. Among the isolates were two diterpenes, solidagenone and deoxysolidagenone; three coumarins, coumarin, umbelliferone, and psoralene; and two flavonols, quercetin and quercetrin. Biological evaluations showed that diterpenes and coumarins exhibited antifungal activity against the filamentous fungi Cladosporium cladosporioides (Fresen) de Vries and C sphaerospermum Penzig. Solidagenone and psoralene also displayed selective cytotoxic activity against Rad 52Y mutant yeast strain of Saccharomyces cerevisiae. In this paper, the isolation, structure elucidation, and bioactivity results of these compounds are reported.

Luminescent threat: toxicity of light stick attractors used in pelagic fishery

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Redox-active biflavonoids from Garcinia brasiliensis as inhibitors of neutrophil oxidative burst and human erythrocyte membrane damage

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Development of Nanoinjector Devices for Electrospray Ionization - Tandem Mass Spectrometry (ESI-MSn)

In mass spectrometric (MS) systems with electrospray ionization (ESI), the sample can be analyzed coupled to separation systems (such as liquid chromatography or capillary electrophoresis) or simply by direct infusion. The greatest benefit of the type of injection is the possibility of continuous use of small amounts of samples over a long period of time. This extended analysis time allows a complete study of fragmentation by mass spectrometry, which is critical for structure elucidation of new compounds, or when using an ion trap mass analyzer. The injector filled with the sample is placed at the ESI source inlet creating an electric field suitable for the continuous formation of a spray (solvent and sample) and consequently, the gradual and even release of the sample. For the formation of the spray, is necessary that the injector end is metalized. The formation of a bilayer of titanium and gold provided an excellent attachment of the film, resulting in a nanoinjector for ionization/spray formation in the system for MS. The nanoinjectors showed high repeatability and stability over 100 min by continuous sampling with 10 mu L of sample.

Development of nanoinjector devices for electrospray ionization - tandem mass spectrometry (ESI-MSn)

In mass spectrometric (MS) systems with electrospray ionization (ESI), the sample can be analyzed coupled to separation systems (such as liquid chromatography or capillary electrophoresis) or simply by direct infusion. The greatest benefit of the type of injection is the possibility of continuous use of small amounts of samples over a long period of time. This extended analysis time allows a complete study of fragmentation by mass spectrometry, which is critical for structure elucidation of new compounds, or when using an ion trap mass analyzer. The injector filled with the sample is placed at the ESI source inlet creating an electric field suitable for the continuous formation of a spray (solvent and sample) and consequently, the gradual and even release of the sample. For the formation of the spray, is necessary that the injector end is metalized. The formation of a bilayer of titanium and gold provided an excellent attachment of the film, resulting in a nanoinjector for ionization/spray formation in the system for MS. The nanoinjectors showed high repeatability and stability over 100 min by continuous sampling with 10 µL of sample.

Synthese und Charakterisierung neuer funktionalisierter Mono- und Bis-tetrahydropyrrolo[3,4-b]carbazole als potentielle DNA-Liganden

Synthese und Charakterisierung neuer funktionalisierter Mono- und Bis-tetrahydro-pyrrolo[3,4-b]carbazole als potentielle DNA-Liganden In der Carbazol-Chemie sollen neue anellierte Verbindungen mit potentieller DNA-Affinität und damit verbundener Antitumoraktivität entwickelt werden. Auf molekularer Ebene sind DNA-Interkalation oder DNA-Rinnenbindung zu erwarten. Darauf aufbauend wurden in Anlehnung an literaturbekannte Cytostatika Mono- und Bis-tetrahydropyrrolo[3,4-b]carbazole synthetisiert, die zur Entwicklung neuer Leitstrukturen bzw. -substanzen beitragen können.In der vorliegenden Arbeit wurde als synthetische Schlüsselreaktion die in unserem Arbeitkreis etablierte Indol-2,3-chinodimethan-Diels-Alder-Reaktion mit geeigneten cyclischen Mono- und Bismaleinimiden als Dienophilen weiterführend genutzt. Auf Grund des Aufbaus von künftigen Struktur-Wirkungsbeziehungen wurden variable Linker zwischen die beiden zu verbindenden Pyrrolotetrahydrocarbazole eingeführt. Diese waren aliphatischer und diamidischer Natur. Diamidische Strukturelemente wurden im Hinblick auf die Entwicklung neuer Peptidomimetika eingeführt. Deren Synthese gelang zum einen über die gemischte Säureanhydrid-Methode und zum anderen über die Azolid-Methode. Die Struktursicherung der als Cycloaddukte erhaltenen Tetrahydrocarbazole erfolgte mittels Standardverfahren (1D-, 2D-NMR-, IR-Spektroskopie und Massenspektrometrie).Enantiomere bzw. Diastereomere chiraler Wirkstoffe unterscheiden sich stark in ihren pharmakologischen Eigenschaften, deshalb müssen Verfahren entwickelt werden, um diese Substanzen gegebenenfalls auch in enantiomerenreiner Form darstellen zu können. Die Racemate der Monotetrahydrocarbazole und die Racemate sowie die dazu diastereomeren meso-Formen der Bistetrahydrocarbazole, die bei der Reaktion entstehen, konnten erstmals mittels chiraler HPLC analytisch getrennt werden.In einer der Synthese ergänzten theoretischen Studie wurde Computer-Molecular-Modelling zur Problematik der Diels-Alder-Reaktion durchgeführt, außerdem wurden kraftfeld-mechanische Berechnungen zur Konformationsanalyse der 'einfachen' Monotetrahydro-carbazole herangezogen und darauf aufbauend schließlich einfache DNA-Docking-Experimente zur ersten Abschätzung des DNA-Binde-Verhaltens der synthetisierten Verbindungen vorgenommen.

Von zwei- zu dreidimensionalen Graphitausschnitten

Zusammenfassung: 'Von zwei- zu dreidimensionalen Graphitausschnitten'Dissertation Florian Dötz Die vorliegende Arbeit zeichnet den synthetischen Weg von zwei- zu dreidimensionalen Graphitausschnitten nach und thematisiert insbesondere die Schnittstelle dieser beiden Bereiche, die durch den Übergang von planaren Systemen zu räumlichen Strukturen verkörpert wird und daher die Darstellung nicht-planarer polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAH) vorsieht. Diese Zielsetzung mündet in einer dreiteiligen Gliederung der angefertigten Dissertation und sieht im ersten Teil die Synthese planarer Graphitsegmente durch oxidative Cyclodehydrierung entsprechender Oligophenylvorläufer mit Eisen(III)chlorid vor, gefolgt von der Darstellung nicht-planarer PAHs mit denselben oxidativen Methoden sowie der Präparation und Charakterisierung dreidimensionaler, supramolekularer PAH-Aggregate.Der erste Abschnitt beschreibt die Synthese von kleineren PAHs als Modellverbindung für größere Systeme und ihre UV-spektroskopische Charakterisierung. Daran anknüpfend wird die Synthese mehrerer heteroatomsubstituierter Derivate des Hexa-peri-hexabenzocoronens (HBC) vorgestellt und ihre flüssigkristallinen Eigenschaften eingehend untersucht. Dabei wurde mit der oxidativen Cyclodehydrierung geeigneter Vorläufer auf Einkristalloberflächen ein neuer Weg zur Synthese dieser Verbindungen etabliert.Im Zentrum des zweiten Teils dieser Arbeit stand die Induktion von Nichtplanarität in ausgedehnten PAHs mit den im ersten Abschnitt entwickelten Synthesekonzepten. Hier konnte mit der erfolgreichen Darstellung eines 18fach methoxysubstituierten HBC-Derivats eine erstaunliche Krümmung des aromatischen Systems erreicht werden, wie durch Kristallstrukturanalyse gezeigt wurde. Anhand mehrerer Beispiele wurde ebenso die Leistungsfähigkeit der verwendeten Cyclodehydrierungsmethode verdeutlicht, da viele Vorläufermoleküle gegenüber den Reaktionsbedingungen nicht inert sind.Der letzte Teil dieser Arbeit beschreibt schließlich die Präparation und Charakterisierung dreidimensionaler, supramolekularer PAH-Aggregate auf der Basis von HBC-Amiden, deren Eigenschaften sich durch eine sorgfältige Wahl der jeweiligen Monomerbausteine manipulieren lassen. Bei Verwendung von chiralen Monomeren wird hier die Expression von supramolekularer Chiralität erreicht und durch spektroskopische und chiroptische Methoden belegt.

Identifizierung und Quantifizierung von sauren Markersubstanzen für troposphärisches sekundäres organisches Aerosol aus biogenen Kohlenwasserstoffen mittels Kapillar-HPLC-ESI-MS n

Sekundäres organisches Aerosol (SOA) ist ein wichtiger Bestandteil von atmosphärischen Aerosolpartikeln. Atmosphärische Aerosole sind bedeutsam, da sie das Klima über direkte (Streuung und Absorption von Strahlung) und indirekte (Wolken-Kondensationskeime) Effekte beeinflussen. Nach bisherigen Schätzungen ist die SOA-Bildung aus biogenen Kohlenwasserstoffen global weit wichtiger als die SOA-Bildung aus anthropogenen Kohlenwasserstoffen. Reaktive Kohlenwasserstoffe, die in großen Mengen von der Vegetation emittiert werden und als die wichtigsten Vorläufersubstanzen für biogenes SOA gelten, sind die Terpene. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Methode entwickelt, welche die Quantifizierung von aciden Produkten der Terpen-Oxidation ermöglicht. Die Abscheidung des größenselektierten Aerosols (PM 2.5) erfolgte auf Quarzfilter, die unter Zuhilfenahme von Ultraschall mittels Methanol extrahiert wurden. Nach Aufkonzentrierung und Lösungsmittelwechsel auf Wasser sowie Standardaddition wurden die Proben mit einer Kapillar-HPLC-ESI-MSn-Methode analysiert. Das verwendete Ionenfallen-Massenspektrometer (LCQ-DECA) bietet die Möglichkeit, Strukturaufklärung durch selektive Fragmentierung der Qasimolekülionen zu betreiben. Die Quantifizierung erfolgte teilweise im MS/MS-Modus, wodurch Selektivität und Nachweisgrenze verbessert werden konnten. Um Produkte der Terpen-Oxidation zu identifizieren, die nicht als Standards erhältlich waren, wurden Ozonolysexperimente durchgeführt. Dadurch gelang die Identifizierung einer Reihe von Oxidationsprodukten in Realproben. Neben schon bekannten Produkten der Terpen-Oxidation konnten einige Produkte erstmals in Realproben eindeutig als Produkte des α Pinens nachgewiesen werden. In den Proben der Ozonolyseexperimente konnten auch Produkte mit hohem Molekulargewicht (>300 u) nachgewiesen werden, die Ähnlichkeit zeigen zu den als Dimeren oder Polymeren in der Literatur bezeichneten Substanzen. Sie konnten jedoch nicht in Feldproben gefunden werden. Im Rahmen von 5 Messkampagnen in Deutschland und Finnland wurden Proben der atmosphärischen Partikelphase genommen. Die Quantifizierung von Produkten der Oxidation von α-Pinen, β-Pinen, 3-Caren, Sabinen und Limonen in diesen Proben ergab eine große zeitliche und örtliche Variationsbreite der Konzentrationen. Die Konzentration von Pinsäure bewegte sich beispielsweise zwischen etwa 0,4 und 21 ng/m³ während aller Messkampagnen. Es konnten stets Produkte verschiedener Terpene nachgewiesen werden. Produkte einiger Terpene eignen sich sogar als Markersubstanzen für verschiedene Pflanzenarten. Sabinen-Produkte wie Sabinsäure können als Marker für die Emissionen von Laubbäumen wie Buchen oder Birken verwendet werden, während Caren-Produkte wie Caronsäure als Marker für Nadelbäume, speziell Kiefern, verwendet werden können. Mit den quantifizierten Substanzen als Marker wurde unter zu Hilfenahme von Messungen des Gehaltes an organischem und elementarem Kohlenstoff im Aerosol der Anteil des sekundären organischen Aerosols (SOA) errechnet, der von der Ozonolyse der Terpene stammt. Erstaunlicherweise konnten nur 1% bis 8% des SOA auf die Ozonolyse der Terpene zurückgeführt werden. Dies steht im Gegensatz zu der bisherigen Meinung, dass die Ozonolyse der Terpene die wichtigste Quelle für biogenes SOA darstellt. Gründe für diese Diskrepanz werden in der Arbeit diskutiert. Um die atmosphärischen Prozesse der Bildung von SOA vollständig zu verstehen, müssen jedoch noch weitere Anstrengungen unternommen werden.

Fenofibrate metabolism in the cynomolgus monkey using ultraperformance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry-based metabolomics

Fenofibrate, widely used for the treatment of dyslipidemia, activates the nuclear receptor, peroxisome proliferator-activated receptor alpha. However, liver toxicity, including liver cancer, occurs in rodents treated with fibrate drugs. Marked species differences occur in response to fibrate drugs, especially between rodents and humans, the latter of which are resistant to fibrate-induced cancer. Fenofibrate metabolism, which also shows species differences, has not been fully determined in humans and surrogate primates. In the present study, the metabolism of fenofibrate was investigated in cynomolgus monkeys by ultraperformance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UPLC-QTOFMS)-based metabolomics. Urine samples were collected before and after oral doses of fenofibrate. The samples were analyzed in both positive-ion and negative-ion modes by UPLC-QTOFMS, and after data deconvolution, the resulting data matrices were subjected to multivariate data analysis. Pattern recognition was performed on the retention time, mass/charge ratio, and other metabolite-related variables. Synthesized or purchased authentic compounds were used for metabolite identification and structure elucidation by liquid chromatographytandem mass spectrometry. Several metabolites were identified, including fenofibric acid, reduced fenofibric acid, fenofibric acid ester glucuronide, reduced fenofibric acid ester glucuronide, and compound X. Another two metabolites (compound B and compound AR), not previously reported in other species, were characterized in cynomolgus monkeys. More importantly, previously unknown metabolites, fenofibric acid taurine conjugate and reduced fenofibric acid taurine conjugate were identified, revealing a previously unrecognized conjugation pathway for fenofibrate.

The Contribution of the Activation Entropy to the Gas-Phase Stability of Modified Nucleic Acid Duplexes

Tricyclo-DNA (tcDNA) is a sugar-modified analogue of DNA currently tested for the treatment of Duchenne muscular dystrophy in an antisense approach. Tandem mass spectrometry plays a key role in modern medical diagnostics and has become a widespread technique for the structure elucidation and quantification of antisense oligonucleotides. Herein, mechanistic aspects of the fragmentation of tcDNA are discussed, which lay the basis for reliable sequencing and quantification of the antisense oligonucleotide. Excellent selectivity of tcDNA for complementary RNA is demonstrated in direct competition experiments. Moreover, the kinetic stability and fragmentation pattern of matched and mismatched tcDNA heteroduplexes were investigated and compared with non-modified DNA and RNA duplexes. Although the separation of the constituting strands is the entropy-favored fragmentation pathway of all nucleic acid duplexes, it was found to be only a minor pathway of tcDNA duplexes. The modified hybrid duplexes preferentially undergo neutral base loss and backbone cleavage. This difference is due to the low activation entropy for the strand dissociation of modified duplexes that arises from the conformational constraint of the tc-sugar-moiety. The low activation entropy results in a relatively high free activation enthalpy for the dissociation comparable to the free activation enthalpy of the alternative reaction pathway, the release of a nucleobase. The gas-phase behavior of tcDNA duplexes illustrates the impact of the activation entropy on the fragmentation kinetics and suggests that tandem mass spectrometric experiments are not suited to determine the relative stability of different types of nucleic acid duplexes.

A Comprehensive Discussion of HMBC Pulse Sequences: 4. Establishing Two-Bond Correlations from HMBC and Related Experiments

The utility of the HMBC experiment for structure elucidation is unquestionable, but the nature of the coupling pathways leading to correlations in an HMBC experiment creates the potential for misinterpretation. This misinterpretation potential is intimately linked to the size of the long-range heteronuclear couplings involved, and may become troublesome in those cases of a particularly strong 2JCH correlation that might be mistaken for a 3JCH correlation or a 4JCH correlation of appreciable strength that could be mistaken for a weaker 3JCH correlation. To address these potential avenues of confusion, work from several laboratories has been focused on the development of what might be considered “coupling pathway edited” long-range heteronuclear correlation experiments that are derived from or related to the HMBC experiment. The first example of an effort to address the problems associated with correlation path length was seen in the heteronucleus-detected XCORFE experiment described by Reynolds and co-workers that predated the development of the HMBC experiment. Proton-detected analogs of the HMBC experiment intended to differentiate 2JCH correlations from nJCH correlations where n = 3, 4, include the 2J,3J-HMBC, HMBC-RELAY, H2BC, edited-HMBC, and HAT H2BC experiments. The principles underlying the critical components of each of these experiments are discussed and experimental verification of the results that can be obtained using model compounds are shown. This contribution concludes with a brief discussion of the 1,1-ADEQUATE experiments that provide an alternative means of identifying adjacent protonated and non-protonated carbon correlations by exploiting 1JCC correlations at natural abundance.