Published March 5, 2021 | Version v1
Publication Open

Physical and chemical aspects of the interaction of chitosan and cellulose acetate with ions Ca2+ and K+ using DFT methods

Creators

  • 1. Université Sultan Moulay Slimane

Description

Motivated by the use of chitosan (Ch), and cellulose acetate (AC) as organic matrices in several therapeutic drugs, a theoretical study has been elaborated through the density functional theory method (DFT) to investigate the interaction mechanism between two essential ions for the human body Ca2+, K+ and two organic matrices chitosan (Ch), and cellulose acetate (AC). Many physical and chemical aspects have been carried out after the achievement of structural optimization. This involves structural parameters, molecular electrostatic potential (MEPs), interaction energy, reactivity indexes, frontier molecular orbitals (FMOs), quantum theory atoms in molecules (QTAIM) analysis, and non-covalent interaction (NCI) analysis. The results of FMOs, MEPs, and reactivity index studies have revealed that the site of interaction can be predicted. The calculation of electron interaction energies shows that those ions interact with the matrix of AC and Ch. Concretely, the Ca2+ ion interacted efficiently with the AC matrix. The structural analysis results show that the interaction of Ch and ions appear spontaneously (ΔG < 0) while the interaction of AC and ions (ΔG >0) requires more energy to occur. Finally, the QTAIM analysis data indicates that the interactions of AC-ions and Ch-ions are non-covalent presenting an electrostatic character.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

بدافع من استخدام الشيتوزان (Ch)، وأسيتات السليلوز (AC) كمصفوفات عضوية في العديد من الأدوية العلاجية، تم وضع دراسة نظرية من خلال طريقة نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) للتحقيق في آلية التفاعل بين أيونين أساسيين لجسم الإنسان Ca2 + و K+ واثنين من المصفوفات العضوية الشيتوزان (Ch)، وأسيتات السليلوز (AC). تم تنفيذ العديد من الجوانب الفيزيائية والكيميائية بعد تحقيق التحسين الهيكلي. يتضمن ذلك المعلمات الهيكلية، والجهد الكهروستاتيكي الجزيئي (MEPs)، وطاقة التفاعل، ومؤشرات التفاعل، والمدارات الجزيئية الحدودية (FMOs)، وتحليل نظرية الكم في الجزيئات (QTAIM)، وتحليل التفاعل غير التساهلي (NCI). كشفت نتائج FMOs وأعضاء البرلمان الأوروبي ودراسات مؤشر التفاعل أنه يمكن التنبؤ بموقع التفاعل. يُظهر حساب طاقات تفاعل الإلكترون أن تلك الأيونات تتفاعل مع مصفوفة AC و Ch. بشكل ملموس، تفاعل أيون Ca2 + بكفاءة مع مصفوفة التيار المتردد. تظهر نتائج التحليل الهيكلي أن تفاعل Ch والأيونات يظهر تلقائيًا (ΔG < 0) بينما يتطلب تفاعل AC والأيونات (ΔG >0) المزيد من الطاقة. أخيرًا، تشير بيانات تحليل QTAIM إلى أن تفاعلات AC - ions و Ch - ions غير تساهمية تقدم طابعًا كهروستاتيكيًا.

Translated Description (French)

Motivée par l'utilisation du chitosane (Ch) et de l'acétate de cellulose (AC) comme matrices organiques dans plusieurs médicaments thérapeutiques, une étude théorique a été élaborée à travers la méthode de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) pour étudier le mécanisme d'interaction entre deux ions essentiels pour le corps humain Ca2+, K+ et deux matrices organiques chitosane (Ch) et acétate de cellulose (AC). De nombreux aspects physiques et chimiques ont été réalisés après la réalisation de l'optimisation structurelle. Cela implique des paramètres structurels, le potentiel électrostatique moléculaire (MEP), l'énergie d'interaction, les indices de réactivité, les orbitales moléculaires frontières (FMO), l'analyse des atomes de la théorie quantique dans les molécules (QTAIM) et l'analyse de l'interaction non covalente (NCI). Les résultats des FMO, des MEP et des études d'indice de réactivité ont révélé que le site d'interaction peut être prédit. Le calcul des énergies d'interaction électronique montre que ces ions interagissent avec la matrice de AC et Ch. Concrètement, l'ion Ca2+ a interagi efficacement avec la matrice AC. Les résultats de l'analyse structurelle montrent que l'interaction de Ch et des ions apparaît spontanément (ΔG < 0) tandis que l'interaction de AC et des ions (ΔG >0) nécessite plus d'énergie pour se produire. Enfin, les données d'analyse QTAIM indiquent que les interactions des ions AC et des ions Ch sont non covalentes et présentent un caractère électrostatique.

Translated Description (Spanish)

Motivado por el uso de quitosano (Ch) y acetato de celulosa (AC) como matrices orgánicas en varios fármacos terapéuticos, se ha elaborado un estudio teórico a través del método de la teoría funcional de la densidad (DFT) para investigar el mecanismo de interacción entre dos iones esenciales para el cuerpo humano Ca2+, K+ y dos matrices orgánicas quitosano (Ch) y acetato de celulosa (AC). Muchos aspectos físicos y químicos se han llevado a cabo después de la consecución de la optimización estructural. Esto implica parámetros estructurales, potencial electrostático molecular (MEPS), energía de interacción, índices de reactividad, orbitales moleculares fronterizos (FMO), análisis de átomos en moléculas de la teoría cuántica (QTAIM) y análisis de interacción no covalente (NCI). Los resultados de los estudios de FMO, MEP e índice de reactividad han revelado que se puede predecir el sitio de interacción. El cálculo de las energías de interacción electrónica muestra que esos iones interactúan con la matriz de AC y Ch. Concretamente, el ion Ca2+ interactuó de manera eficiente con la matriz de CA. Los resultados del análisis estructural muestran que la interacción de Ch e iones aparece espontáneamente (ΔG < 0) mientras que la interacción de AC e iones (ΔG >0) requiere más energía para ocurrir. Finalmente, los datos del análisis QTAIM indican que las interacciones de los iones AC y los iones Ch no son covalentes y presentan un carácter electrostático.

Files

latest.pdf.pdf

Files (707.6 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:daeceac52f9d329937c3bb9f3b666bb5
707.6 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الجوانب الفيزيائية والكيميائية لتفاعل الكيتوزان وأسيتات السليلوز مع الأيونات Ca2 + و K+ باستخدام طرق DFT
Translated title (French)
Aspects physiques et chimiques de l'interaction du chitosane et de l'acétate de cellulose avec les ions Ca2+ et K+ en utilisant des méthodes DFT
Translated title (Spanish)
Aspectos físicos y químicos de la interacción de quitosano y acetato de celulosa con iones Ca2+ y K+ utilizando métodos DFT

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3128449326
DOI
10.1007/s00894-021-04715-2

Is supplement to
https://openalex.org/W4367313594 (Other)
https://openalex.org/W4249940513 (Other)
https://openalex.org/W3198761186 (Other)
https://openalex.org/W3025516733 (Other)
https://openalex.org/W2607369102 (Other)
https://openalex.org/W2586734331 (Other)
https://openalex.org/W2411414956 (Other)
https://openalex.org/W2272768164 (Other)
https://openalex.org/W2009680696 (Other)
https://openalex.org/W2007530715 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Morocco

References

  • https://openalex.org/W1978612810
  • https://openalex.org/W1990242380
  • https://openalex.org/W1995897704
  • https://openalex.org/W2002651440
  • https://openalex.org/W2039839635
  • https://openalex.org/W2069831678
  • https://openalex.org/W2089703122
  • https://openalex.org/W2130516295
  • https://openalex.org/W2132525235
  • https://openalex.org/W2292092018
  • https://openalex.org/W2316140403
  • https://openalex.org/W2613809978
  • https://openalex.org/W2739999781
  • https://openalex.org/W2782564610
  • https://openalex.org/W2812523273
  • https://openalex.org/W2872142474
  • https://openalex.org/W2902969078
  • https://openalex.org/W2970455373
  • https://openalex.org/W2998984455
  • https://openalex.org/W3030560813
  • https://openalex.org/W3110252781