AMS在制药与生命科学中的应用

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概述

ADF模块中的化学键分析工具和许多光谱特性,为配体结合、构象和绝对构型的研究提供了非常有价值的研究角度。支持使用力场ReaxFF、半经验量子化学方法(MOPAC、DFTB)和DFT。在图形界面中进行操作,并可使用脚本简化工作流。AMS也能够使用COSMO-RS、COSMO-SAC、UNIFAC等工具,根据第一原理预测各种溶剂组合(包括赋形剂)的活性药物成分的溶解度和分配系数。

优势

  • 易用性
    • 方便易用的GUI
    • 脚本化批量计算
  • 丰富的新泛函
    • 最新的-D4(EEQ)色散修正泛函
    • 其他常规GGA、Meta-GGA、Hybrid、Meta-Hybrid、Double Hybrids泛函
  • 第一性原理分析工具
    • 化学键分析(教程)
    • 谱学性质:核磁共振、电子顺磁共振、紫外/可见光谱
    • VCD分析工具(教程)
  • 包含环境影响的先进方法:FDE、3D-RISM、SCRF
  • 半经验量子化学方法
    • 支持千原子体系的快速计算
    • 大多数药物化合物的DFTB3参数
  • 生物化学反应力场(教程)
  • 异构体构象搜索(视频教程)
  • 各种自由能方法与分子动力学分析工具
  • 基于DFT+热力学预测溶解度、logp、pKa、VLE等(教程)
  • 最优萃取或重结晶
    • 溶剂系统优化工具,能对一组给定溶剂,为溶液、液-液萃取寻找最佳溶剂混合物,从而完美减少实验搜索空间
    • 脚本工具可以方便地根据指定特性,筛选溶剂或溶剂组合。

    • 如果您需要新的溶剂优化模板,请您告诉我们(ams@fermitech.com.cn)

研究实例

实例1:双相萃取5-羟甲基糠醛溶剂筛选的多尺度模拟与实验研究

Zhaoxing Wang, Souryadeep Bhattacharyya and Dionisios G. Vlachos

Solvent selection for biphasic extraction of 5-hydroxymethylfurfural via multiscale modeling and experiments

Green Chem., 2020,22, 8699-8712

可再生的木质纤维素生物质衍生平台化学品,如糠醛和5-羟甲基糠醛(HMF),为未来的聚合物、精细化学品和药物提供了非常有希望的合成途径。副反应严重抑制水相中果糖脱水产生的HMF产量,但通过将HMF从反应水相中提取到有机相中可以将副反应降至最低。不过理想溶剂的筛选是非常重要的。

为了提高溶剂筛选效率,特拉华大学的研究人员最近将AMS软件中COSMO-RS理论预测与靶向实验相结合,研究果糖脱水反应中HMF的提取。使用COSMO-RS中的ADFCRS-2018数据库,首次预测了298 K和423 K(代表性木质纤维素生物质反应温度)下所有潜在“水-溶剂”对的“水-有机”液-液平衡。当存在混溶间隙时,利用平衡相组成,对果糖脱水反应中遇到的HMF、乙酰丙酸(LA)和甲酸(FA)的logP初始化计算。

实验测量了多个同系物系列溶剂的分配系数,以评价COSMO-RS预测的准确性。典型误差因子在2以内,表明该方法非常适合于筛选。首次在原位测定了这些物种的高温分配系数。这项研究确定了新型高效萃取剂,如取代胺和苯酚,用于HMF的反应萃取。经过实验验证,其分配系数比传统萃取剂提高了一个数量级。其他标准,如溶剂热稳定性,反应性和毒性,也进行了评估,更多细节,请参考原文。

 


实例2:食源性病抗菌剂与氧化抑制剂-面包树提取物:RSM、COSMO-RS与分子对接研究

Mohammad Norazmi Ahmad, Nazatul Umira Karim, Erna Normaya, Bijarimi Mat Piah, Anwar Iqbal & Ku Halim Ku Bulat

Artocarpus altilis extracts as a food-borne pathogen and oxidation inhibitors: RSM, COSMO RS, and molecular docking approaches

Scientific Reports, 2020, 10:9566

油脂氧化和微生物污染是导致食品变质的主要因素。食品添加剂,如抗氧化剂和抗菌剂,可以通过延缓氧化和防止细菌生长来防止食品腐败。面包树叶具有良好的生物学特性,是天然抗氧化剂和抗菌剂的新来源。

(a)十六酸(b)顺-13-十八烯酸和(c)肉桂酸的分子静电势

马来西亚国际伊斯兰大学Mohammad Norazmi Ahmad等,采用响应面法优化了超临界流体萃取法(SFE)从叶片中提取生物活性物质的工艺,提供产率、抗氧化活性。最佳萃取条件为:温度50.5℃、压力3784 psi、萃取时间52 min。验证试验结果(Tukey试验)表明,预期的DPPH活性与实验的DPPH活性及收率(99%)无显著差异。

气相色谱-质谱(GC-MS)分析表明,面包树提取物中含有三种主要的生物活性成分。该提取物具有2,3-二苯基-1-苦基肼(DPPH)清除活性、血浆铁还原能力(FRAP)、羟基清除活性、酪氨酸酶抑制率,分别为41.5%、8.15 ± 1.31毫克(相当于抗坏血酸的微克)、32%、37%,抑制区直径分别为0.766 ± 0.06 cm(蜡样芽胞杆菌)和1.27 ± 0.12 cm(大肠杆菌)。

利用COSMO-RS解释了超临界流体萃取过程中主要生物活性物质的萃取机理。分子静电势(MEP)显示了细菌在抑制过程中亲核和亲电攻击的概率位点。分子对接研究表明,主要生物活性物质与细菌之间发生的主要相互作用(抗菌抑制)是非共价相互作用。


实例3:使用logKow评估阻燃剂在生物体内的积累

J. N. Louwen and T. Stedeford

Computational assessment of the environmental fate, bioaccumulation, and toxicity potential of brominated benzylpolystyrene

Toxicol. Mech. Meth. 21, 183–192 (2011)

研究者们计算log Kow作为第一个筛选参数来估计生物体内的积累率。能持续挥发的辛醇:水体系,分配系数logKow在4.5~10之间,这会导致很强的生物体内的积累率。本文中,COSMO-RS的预测结果与定量构效关系(QSAR)进行了对比。

COSMO-RS作为一种基于量子力学的方法,在热力学性质预测方面包含了分子结构的三维信息,而QSAR模型则没有。

BrBPS_COSMO-RS

QSAR模型要么预测的宽度太大,要么与聚合物长度无关。COSMO-RS模型预测的结果,在7个单体以上,logKow会比较温和的增大,如果考虑聚合物球形卷曲的话,会更合理。

B3BPS的COSMO表面电荷适中,聚合物是非极性的,这也可以从sigma profile体现出来。与水相相比,强烈地倾向于辛醇(logKow非常高)

更多应用案例与教程

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