Theoretical study for determining the type of interactions between a GG block of an alginate chain with metals Cu2+, Mn2+, Ca2+ and Mg2+

Estudio teórico para determinar el tipo de interacciones entre un bloque GG de una cadena de alginato con los metales Cu2+, Mn2+, Ca2+ y Mg2+

dc.contributordelgaradh@gmail.com
dc.contributorFONDECYT [1130676]
dc.contributorRodriguez, Cristian Castro https://orcid.org/0000-0001-8203-1932
dc.creatorSoloaga Ardiles, Carlos
dc.creatorCastro Rodriguez, Cristian
dc.date2023-04-18T01:45:18Z
dc.date2023-04-18T01:45:18Z
dc.date2021
dc.date.accessioned2023-09-27T20:19:57Z
dc.date.available2023-09-27T20:19:57Z
dc.identifier1878-5352
dc.identifierhttps://repositorio.uta.cl/xmlui/handle/20.500.14396/1934
dc.identifier1878-5379
dc.identifier10.1016/j.arabjc.2021.103325
dc.identifierWF0GD
dc.identifierWOS:000705993200006
dc.identifier.urihttps://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/8943312
dc.descriptionThe alginate interaction with divalent cations has been the subject of extensive study since this biopolymer forms hydrogels in the presence of divalent cations (ionic crosslinking), which exhibit important properties with applications in fields such as medicine. It has been proposed that the properties of the hydrogel formed from the ionic crosslinking process depend, among several factors, on the type of interactions between the polymer and divalent metals. In this work, theoretical calculations based on density functional theory (DFT) were used to determine the chemical stability and the type of interaction between alginate and Cu2+, Mn2+, Ca2+ and Mg2+ cations. For this, the lowest energy geometries were determined at the B3LYP 6-31G (d, p) level of theory for the systems formed with Ca2+ and Mg2+, while those formed with Cu2+ and Mn2+ used effective central potential (ECP) with LanL2DZ bases. The following models were used to characterize the bonds between the oxygen atoms of the polymer chain with the different metals; theory of non-covalent interactions (NCI), natural bonding orbitals (NBO) method, and topological analysis of the electronic location function (ELF). Our results showed that the properties such as chemical stability of the systems would be correlated with the degree of covalence of the bonds and the delocalization phenomena charge, where the systems constituted with Cu2+ and Mn2+ formed bonds with highly polarized covalent characteristics, while Ca2+ and Mg2+ form bonds of the electrostatic type. Nevertheless, our results support the idea proposed by previous studies; regarding the lack of correlation between the alginate for divalent cations affinity with the strength of the interactions between these metals and the polymer. (C) 2021 The Authors. Published by Elsevier B.V. on behalf of King Saud University.
dc.descriptionLa interacción del alginato con cationes divalentes ha sido objeto de amplio estudio ya que este biopolímero forma hidrogeles en presencia de cationes divalentes (entrecruzamiento iónico), los cuales presentan importantes propiedades con aplicaciones en campos como la medicina. Se ha propuesto que las propiedades del hidrogel formado a partir del proceso de entrecruzamiento iónico dependen, entre varios factores, del tipo de interacciones entre el polímero y los metales divalentes. En este trabajo se utilizaron cálculos teóricos basados en la teoría funcional de la densidad (DFT) para determinar la estabilidad química y el tipo de interacción entre el alginato y los cationes Cu2+, Mn2+, Ca2+ y Mg2+. Para ello, se determinaron las geometrías de menor energía en el nivel de teoría B3LYP 6-31G (d, p) para los sistemas formados con Ca2+ y Mg2+, mientras que los formados con Cu2+ y Mn2+ utilizaron potencial central efectivo (ECP) con bases LanL2DZ. Los siguientes modelos se utilizaron para caracterizar los enlaces entre los átomos de oxígeno de la cadena polimérica con los diferentes metales; teoría de interacciones no covalentes (NCI), método de orbitales de enlace natural (NBO) y análisis topológico de la función de localización electrónica (ELF). Nuestros resultados mostraron que propiedades como la estabilidad química de los sistemas estarían correlacionadas con el grado de covalencia de los enlaces y la carga de los fenómenos de deslocalización, donde los sistemas constituidos con Cu2+ y Mn2+ formaban enlaces con características covalentes altamente polarizadas, mientras que el Ca2+ y el Mg2+ formar enlaces del tipo electrostático. Sin embargo, nuestros resultados apoyan la idea propuesta por estudios previos; en cuanto a la falta de correlación entre la afinidad del alginato por los cationes divalentes con la fuerza de las interacciones entre estos metales y el polímero. (C) 2021 Los Autores. Publicado por Elsevier BV en nombre de la Universidad King Saud.
dc.formatapplication/pdf
dc.format18 páginas
dc.languageEnglish
dc.publisherELSEVIER
dc.relationArabian Journal of Chemistry, vol.14 no.10 (2021)
dc.relationhttps://doi.org/10.1016/j.arabjc.2021.103325
dc.rightsgold
dc.rightsAcceso abierto
dc.sourceArabian Journal of Chemistry
dc.subjectAlginate
dc.subjectAlginate Affinity
dc.subjectAlginate Metal Interaction
dc.subjectElectron Localization Function
dc.subjectTopological Analysis
dc.subjectDivalent-Cations
dc.subjectNbo Analysis
dc.subjectCalcium
dc.subjectBinding
dc.subjectAtoms
dc.subjectGels
dc.subjectElf
dc.subjectAlginato
dc.subjectAfinidad del Alginato
dc.subjectInteracción del Alginato Con El Metal
dc.subjectFunción de Localización de Electrones
dc.subjectAnálisis Topológico
dc.subjectCationes Divalentes
dc.subjectAnálisis Nbo
dc.subjectCalcio
dc.subjectUnión
dc.subjectÁtomos
dc.subjectGeles
dc.subjectElf
dc.titleTheoretical study for determining the type of interactions between a GG block of an alginate chain with metals Cu2+, Mn2+, Ca2+ and Mg2+
dc.titleEstudio teórico para determinar el tipo de interacciones entre un bloque GG de una cadena de alginato con los metales Cu2+, Mn2+, Ca2+ y Mg2+
dc.typeArtículo de revista


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