Informace o kvalifikační práci Použití Ramanovy optické aktivity k prozkoumání konformace kyseliny askorbové (vitaminu C) a její interakce s rozpouštědlem
Tato diplomová práce se zabývá studiem kyseliny askorbové, známé jako vitamin C. Kyselina askorbová se v závislosti na pH vyskytuje ve třech protonovaných formách, což bylo v této práci potvrzeno titrací a statistickým zpracováním naměřených Ramanových spekter pomocí faktorové analýzy. V této práci byla pozornost věnována dvěma protonovaným formám, a to kyselině askorbové a askorbátu sodnému. K prozkoumání konformačního prostoru molekuly byly využity výpočty povrchu potenciální energie podle vybraných torzních úhlů. Preferovaná konformace molekuly může být ovlivněna molekulami rozpouštědla, které mohou přímo interagovat se studovanou molekulou. Tento vliv byl simulován ab initio výpočty mnoha klastrů s vodou, jejichž geometrie byly získány z molekulárně dynamických simulací a bylo dosaženo mnohem lepší shody s naměřenými spektry. U askorbátu sodného byla pozornost věnována nejprve konfiguraci, která byla nejčastěji uváděna v literatuře. Porovnání vypočtených a naměřených spekter nebylo uspokojivé, proto jsme výpočty rozšířili o další dvě konfigurace lišící se polohou OH skupin na pětičetném kruhu, přičemž z Ramanových a ROA spekter vyplývá, že jedna z nich by mohla být v roztoku nezanedbatelně populovaná.
Anotace v angličtině
This diploma thesis deals with the study of ascorbic acid, known as vitamin C. Ascorbic acid occurs in three protonated forms, depending on pH, which was confirmed in this work by titration and statistical processing of measured Raman spectra using factor analysis. In this work, attention was paid to two differently protonated forms, namely, ascorbic acid and sodium ascorbate. To investigate the conformational space of the molecule, calculations of the potential energy surface according to the selected torsional angles were used. The preferred conformation of the molecule can be influenced by the solvent molecules, which can interact directly with the molecule under study. This effect was simulated by ab initio calculations of many water clusters whose geometries were obtained from molecular dynamics simulations and a much better match with the measured spectra was achieved. For sodium ascorbate, attention was first paid to the form, which was reported most frequently in the literature. The comparison of the calculated and measured spectra was not satisfactory, so we extended the calculations to two more forms, differing in the position of the OH groups on the five-member ring, while the Raman and ROA spectra indicate that one of them could be significantly populated in solution.
Tato diplomová práce se zabývá studiem kyseliny askorbové, známé jako vitamin C. Kyselina askorbová se v závislosti na pH vyskytuje ve třech protonovaných formách, což bylo v této práci potvrzeno titrací a statistickým zpracováním naměřených Ramanových spekter pomocí faktorové analýzy. V této práci byla pozornost věnována dvěma protonovaným formám, a to kyselině askorbové a askorbátu sodnému. K prozkoumání konformačního prostoru molekuly byly využity výpočty povrchu potenciální energie podle vybraných torzních úhlů. Preferovaná konformace molekuly může být ovlivněna molekulami rozpouštědla, které mohou přímo interagovat se studovanou molekulou. Tento vliv byl simulován ab initio výpočty mnoha klastrů s vodou, jejichž geometrie byly získány z molekulárně dynamických simulací a bylo dosaženo mnohem lepší shody s naměřenými spektry. U askorbátu sodného byla pozornost věnována nejprve konfiguraci, která byla nejčastěji uváděna v literatuře. Porovnání vypočtených a naměřených spekter nebylo uspokojivé, proto jsme výpočty rozšířili o další dvě konfigurace lišící se polohou OH skupin na pětičetném kruhu, přičemž z Ramanových a ROA spekter vyplývá, že jedna z nich by mohla být v roztoku nezanedbatelně populovaná.
Anotace v angličtině
This diploma thesis deals with the study of ascorbic acid, known as vitamin C. Ascorbic acid occurs in three protonated forms, depending on pH, which was confirmed in this work by titration and statistical processing of measured Raman spectra using factor analysis. In this work, attention was paid to two differently protonated forms, namely, ascorbic acid and sodium ascorbate. To investigate the conformational space of the molecule, calculations of the potential energy surface according to the selected torsional angles were used. The preferred conformation of the molecule can be influenced by the solvent molecules, which can interact directly with the molecule under study. This effect was simulated by ab initio calculations of many water clusters whose geometries were obtained from molecular dynamics simulations and a much better match with the measured spectra was achieved. For sodium ascorbate, attention was first paid to the form, which was reported most frequently in the literature. The comparison of the calculated and measured spectra was not satisfactory, so we extended the calculations to two more forms, differing in the position of the OH groups on the five-member ring, while the Raman and ROA spectra indicate that one of them could be significantly populated in solution.
Ramanova optická aktivita (ROA) je perspektivní analytická technika, která poskytuje zajímavé informace o prostorovém uspořádání a dynamickém chování chirálních látek v roztoku. Cílem práce bude využití ROA spektrometru vybudovaném na katedře optiky ke studiu konformace kyseliny askorbové (vitaminu C) a její interakce s rozpouštědlem (vodou). Kyselina askorbová je z biologického hlediska velmi důležitá molekula, která již byla pomocí Ramanovy spektroskopie zkoumána, uspokojivý soulad mezi teorií a experimentem však překvapivě dosažen nebyl. Ramanova optická aktivita může v této oblasti přinést dodatečné cenné informace.
Zásady pro vypracování: 1. Seznámit se se základy teorie a experimentálního měření Ramanovy optické aktivity. 2. Provést měření spekter Ramanovy optické aktivity kyseliny askorbové při nízkém a při neutrálním pH (sodná sůl kyseliny askorbové). 3. Provést ab initio simulace spekter, provést prozkoumání konformačního prostoru, případně i za využití molekulární dynamiky a srovnat spektra s experimentem. 4. Provést měření Ramanových spekter kyseliny askorbové v závislosti na pH a spektra statisticky zpracovat, vyhodnotit procentuální zastoupení různě protonovaných složek v závislosti na pH. 5. Provést syntézu získaných dat a vyhodnotit informace o konformačním chování molekuly.
Zásady pro vypracování
Ramanova optická aktivita (ROA) je perspektivní analytická technika, která poskytuje zajímavé informace o prostorovém uspořádání a dynamickém chování chirálních látek v roztoku. Cílem práce bude využití ROA spektrometru vybudovaném na katedře optiky ke studiu konformace kyseliny askorbové (vitaminu C) a její interakce s rozpouštědlem (vodou). Kyselina askorbová je z biologického hlediska velmi důležitá molekula, která již byla pomocí Ramanovy spektroskopie zkoumána, uspokojivý soulad mezi teorií a experimentem však překvapivě dosažen nebyl. Ramanova optická aktivita může v této oblasti přinést dodatečné cenné informace.
Zásady pro vypracování: 1. Seznámit se se základy teorie a experimentálního měření Ramanovy optické aktivity. 2. Provést měření spekter Ramanovy optické aktivity kyseliny askorbové při nízkém a při neutrálním pH (sodná sůl kyseliny askorbové). 3. Provést ab initio simulace spekter, provést prozkoumání konformačního prostoru, případně i za využití molekulární dynamiky a srovnat spektra s experimentem. 4. Provést měření Ramanových spekter kyseliny askorbové v závislosti na pH a spektra statisticky zpracovat, vyhodnotit procentuální zastoupení různě protonovaných složek v závislosti na pH. 5. Provést syntézu získaných dat a vyhodnotit informace o konformačním chování molekuly.
Seznam doporučené literatury
1. L. D. Barron, Molecular light scattering and optical activity, Cambridge University Press, Cambridge, 2nd ed., 2004 2. L. A. Nafie, Vibrational Optical Activity: Principles and Applications, John Wiley & Sons, Chichester, 2011. 3. P. L. Polavarapu, Chiroptical Spectroscopy: Fundamentals and Applications, CRC Press, Boca Raton, 2016.
Seznam doporučené literatury
1. L. D. Barron, Molecular light scattering and optical activity, Cambridge University Press, Cambridge, 2nd ed., 2004 2. L. A. Nafie, Vibrational Optical Activity: Principles and Applications, John Wiley & Sons, Chichester, 2011. 3. P. L. Polavarapu, Chiroptical Spectroscopy: Fundamentals and Applications, CRC Press, Boca Raton, 2016.
Přílohy volně vložené
1x CD ROM
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ne
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Studentka: Bc. Ivana Hnízdová
Předseda komise: prof. Mgr. Jaroslav Řeháček, Ph.D.
Vedoucí: RNDr. Josef Kapitán, Ph.D.
Oponent: RNDr. Václav Profant, Ph.D.
Hodnocení vedoucího: A
Hodnocení oponenta: A
Výsledné hodnocení: A
Název práce: Použití Ramanovy optické aktivity k prozkoumání konformace kyseliny askorbové (vitaminu C) a její interakce s rozpouštědlem
Průběh obhajoby:
Studentka prezentovala hlavní výsledky diplomové práce. Na úvod byly diskutovány vlastnosti a využití kyseliny askorbové a byl představen ROA spektrometr, na kterém proběhla měření různých vzorků s obsahem kyseliny askorbové resp. askorbátu sodného. Naměřená Ramanova a ROA spektra byla srovnána s vypočtenými spektry. Byly provedeny simulace zahrnující vliv rozpouštědla a molekulové dynamiky. Srovnání dat s teoretickými predikcemi umožnilo odhadnout procentuální zastoupení různých forem askorbátu sodného ve vzorcích. Výsledky jsou připravovány k publikaci v odborném časopise. Po ukončení prezentace byly přečteny posudky vedoucího práce a oponenta a studentka uspokojivě odpověděla na položené dotazy. Na základě posouzení práce, vypracovaných posudků a projevu studentky během prezentace a diskuse se komise shodla na výsledném hodnocení A.
Otázky:
- Byl pozorován vliv stárnutí vzorku na naměřená spektra? Jak byly vzorky skladovány?
- Jaký chemický proces způsobil nestabilitu a žloutnutí některých vzorků?
- Jaká je přesnost stanovení rozkladu experimentálního spektra do spekter vypočtených v Tabulce 6.8? Jakou metodou byl tento rozklad proveden?
- Byla proměřena koncentrační závislost Ramanových spekter? Můžete odhadnout kolik molekul vody připadá na jednu molekulu kys. askorbové při koncentraci 0,5M a 1,96M?