Title

Estudios teórico-computacionales sobre las interacciones entre moléculas antioxidantes y grafeno y sus nuevos derivados

Author

BRENDA MANZANILLA VIVEROS

Access level

Open Access

Summary or description

En este trabajo se presenta el estudio con Teoría de Funcionales de la Densidad (DFT, Density Funtional Theory) de diversos modelos finitos de grafeno y algunos de sus derivados, así como de antioxidantes endógenos como melatonina y algunos de sus análogos, y exógenos como el ácido chicórico (CA), la curcumina y el éster fenetílico del ácido cafeico (CAPE), para formar nanovectores que ayuden a reducir el estrés oxidativo. En la primera parte del proyecto se analizó el cambio en las propiedades químicas de diversos modelos finitos de grafeno y algunos de sus derivados, como son grafeno dopado con boro (B), nitrógeno (N) o fósforo (P), grafano, fluorografeno, grafino, grafidiino y óxido de grafeno. Para ello, se usaron los descriptores globales y locales de la reactividad de la DFT Conceptual, cambios estructurales y, además, se analizó la posible toxicidad de los distintos modelos finitos de grafeno. De estos, se seleccionaron al óxido de grafeno y al fluorografeno como posibles vehículos para el transporte de antioxidantes. En la segunda y tercera parte del proyecto se analizaron distintas propiedades de los antioxidantes endógenos y exógenos, para diseñar nuevos antioxidantes que puedan frenar el estrés oxidativo. Por lo que, se calcularon los descriptores para estimar la biodisponibilidad, se calculó el valor del pKa, la energía de solvatación, se estimó la toxicidad y mecanismos de reacción primarios como son la transferencia electrónica simple (SET) y la transferencia de átomos de hidrógeno (HAT); así como la inhibición de una enzima productora de radicales libres, xantina oxidasa. De este análisis se confirma que CAPE y CA son buenos antioxidantes. Finalmente, se diseñaron nanovectores conformados por los derivados de grafeno con los descriptores más adecuados (óxido de grafeno y fluorografeno), que responderán a estímulos redox para el transporte y liberación dirigida de los antioxidantes y, así, coadyuvar a a frenar el alto estrés oxidativo que origina múltiples enfermedades.

This research thesis presents a study within Density Functional Theory (DFT) of various finite models of graphene and some of its derivatives, endogenous melatonin and some analogs and exogenous antioxidants such as chicoric acid (CA), curcumin, and caffeic acid phenethyl ester (CAPE) to form nanovectors that help reduce oxidative stress. In the first part of the project, the change in different graphene finite models' chemical properties and some of their derivatives, such as graphene doped with boron (B), nitrogen (N), or phosphorus (P), graphane, fluorographene, graphyne, graphdiyne, and graphene oxide, were analyzed. For this purpose, we analyzed the global and local descriptors of the Conceptual DFT reactivity, structural changes, and the possible toxicity of the different graphene finite models. Graphene oxide and fluorographene were selected to be potential drug delivery vehicles for antioxidants transport. In the second and third part of this project, different endogenous and exogenous antioxidants were analyzed to design new antioxidants to stop oxidative stress. For this, chemical properties were studied through calculation of the global descriptors like, the value of pKa, solvation energy, toxicity, and the primary reaction mechanisms such as the simple electron transfer (SET) and hydrogen atom transfer (HAT); as well as the inhibition of a free radical-producing enzyme, xanthine oxidase. According to our results, CAPE and CA are good antioxidants. Finally, nanovectors made up of selected graphene derivatives (graphene oxide and fluorographene), were designed to respond to redox stimuli for the transport and targeted release of antioxidants. Our designed nanovectors are new potential systems, thus aiding to stop the high oxidative stress that causes multiple diseases.

Publisher

Universidad de Guanajuato

Publish date

March, 2021

Publication type

Doctoral thesis

Publication version

Published Version

Format

application/pdf

Language

Spanish

Source repository

Repositorio Institucional de la Universidad de Guanajuato

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