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Type: Tese
Title: Theoretical, structural and in silico analysis of aminochalcones derivatives with potential antioxidant and anti-SARS-CoV-2
Title in English: Theoretical, structural and in silico analysis of aminochalcones derivatives with potential antioxidant and anti-SARS-CoV-2
Authors: Almeida Neto, Francisco Wagner de Queiroz
Advisor: Lima Neto, Pedro de
Co-advisor: Marinho, Emmanuel Silva
Keywords: Chalcone;Density functional theory;Molecular docking;SPIKE;ACE2
Issue Date: 2021
Citation: ALMEIDA NETO, Francisco Wagner de Queiroz. Theoretical, structural and in silico analysis of aminochalcones derivatives with potential antioxidant and anti-SARS-CoV-2. 2021. 152 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Abstract in Brazilian Portuguese: Por causa do crescente interesse na química da classe de moléculas denominadas chalconas, já que essas espécies demonstram uma ampla aplicabilidade farmacológica dependendo da natureza química dos grupos ligados aos anéis A e B, a molécula N-{4'-[(E)-3-(4-fluorofenil)-1-(fenil)-prop-2-en-1-ona]}-acetamida (PAAPF) foi recentemente sintetizada. Os cálculos químicos quânticos foram feitos para uma caracterização teórica completa (propriedades estruturais, espectroscópicas, eletrônicas e óticas não-linares) empregando três métodos da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) como B3LYP, mPW1PW91 e M06-2X com o conjunto de base 6-311++G(d,p). Após todas as caracterizações, a atividade antioxidante foi estudada por meio do mecanismo teórico utilizando os diferentes métodos de DFT. Em seguida, utilizando cálculos de acoplamento molecular, seis chalconas foram estudadas como potenciais antivirais para inibição de enzimas importantes do SARS-CoV-2 por causa da emergência sanitária da pandemia da COVID-19 e a busca por novos candidatos à antivirais para uma doença nova que até então não possui tratamento eficiente. Todos os três métodos DFT estudados podem descrever com grande precisão a chalcona PAAPF: os resultados da espectroscopia de infravermelho e da blindagem isotrópica de 1H e 13C demonstram estar em excelente concordância com os dados experimentais. Os resultados das propriedades óticas não lineares mostraram que a chalcona PAAPF pode ser usada em aparelhos óticos. Por fim, os dados experimentais da atividade antioxidante mostraram uma taxa moderada de reação com a molécula de DPPH (50,92%) e este fato foi comprovado com o mecanismo de Transferência de Átomo de Hidrogênio (HAT) sendo o mais favorável. Juntos, nossos resultados sugerem que a chalcona PAAPF, juntamente com outras cinco nomeadas N-{4'-[(E,E)-5-(fenil)-1-(fenil)-penta-2,4-dien-1-ona]}-acetamida denominada PAACN, N-{4'-[(E)-3-(fenil)-1-(fenil)-prop-2-en-1-ona]}-acetamida denominada PAAB, N-{4'-[(E)-3-(4-dimetilaminofenil)-1-(fenil)-prop-2-en-1-ona]}-acetamida denominada PAAPA, N-{4'-[(E)-3-(4-etóxifenil)-1-(fenil)-prop-2-en-1-ona]}-acetamida denominada PAAPE e N-{4'-[(E)-3-(4-metóxifenil)-1-(fenil)-prop-2-en-1-ona]}-acetamida denominada PAAPM inibem a interação do vírus com as células hospedeiras humanas através da ligação à proteína ACE2 ou SPIKE, provavelmente gerando um impedimento estérico. Além disso, as moléculas de chalconas apresentam afinidade por enzimas importantes em processos pós-traducionais, interferindo na replicação viral.
Abstract: Due to the growing interest in the chemistry of the class of molecules called chalcones, these species demonstrate broad pharmacological applicability depending on the chemical nature of the groups attached to the A and B rings, the molecule N-{4'-[(E)-3-(4-fluorophenyl)-1-(phenyl)-prop-2-en-1-one]}-acetamide (PAAPF) was recently synthesized. The quantum chemical calculations were made for the complete theoretical characterization (structural, spectroscopic, electronic, and non-linear optical properties) applying three differents Density Functional Theory (DFT) methods such as B3LYP, mPW1PW91, and M06-2X with base set 6-311++G(d,p). After the characterization, the antioxidant activity was studied by the theoretical mechanisms using the different DFT methods. Then, using Molecular Docking calculations, six chalcones were studied as potential antivirals for inhibiting important enzymes of SARS-CoV-2 due to the health emergency of the COVID-19 pandemic and the search for antiviral candidates for a new disease, which until the present date, it does not have efficient treatment. All the three DFT methods used in this work can describe the PAAPF chalcone with great precision: the results of infrared spectroscopy and 1H and 13C isotropic shielding demonstrate to be in excellent agreement with the experimental data. The PAAPF chalcone can be used in optical devices due to its results for non-linear optical properties. Finally, the experimental data of antioxidant activity showed a moderate rate of reaction with the DPPH molecule (50.92%), and this fact was proven theoretically by the Hydrogen Atom Transfer (HAT) mechanism being the most favorable. Together, the results suggest that the PAAPF chalcone along with five others derivates N-{4'-[(E,E)-3-(phenyl)-1-(phenyl)-prop-2-en-1-one]}-acetamide named PAACN, N-{4'-[(E)-3-(phenyl)-1-(phenyl)-prop-2,4-dien-1-one]}-acetamide named PAAB, N-{4'-[(E)-3-(4-dimethylaminophenyl)-1-(phenyl)-prop-2-en-1-one]}-acetamide named PAAPA, N-{4'-[(E)-3-(4-ethoxyphenyl)-1-(phenyl)-prop-2-en-1-one]}-acetamide named PAAPE, and N-{4'-[(E)-3-(4-methoxyphenyl)-1-(phenyl)-prop-2-en-1-one]}-acetamide named PAAPM inhibit the virus interaction with human host cells through binding to the ACE2 or SPIKE protein, probably generating a steric impediment. In addition, chalcone molecules have an affinity for important enzymes in post-translational processes, interfering with viral replication.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/61340
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