پایان نامه بررسی آغازین خواص الکترونی و اوربیتالی و ساختاری داروی لوودوپا روی نانوساختار فولرین

فرمت فایل : word(قابل ویرایش)تعداد صفحات133 

چکیده

بیماری پارکینسون یک بیماری دستگاه عصبی مرکزی، در بزرگسالان است. این بیماری هنگامی رخ می­دهد که نواحی خاصی از مغز، توانایی خود را در تولید دوپامین (یکی از ناقلین عصبی در مغز) از دست می­دهند. لوودوپا موثرترین دارو برای درمان بیماری پارکینسون است. این دارو در بدن به دوپامین تبدیل شده و مانع از فقدان این ماده­ی شیمیایی می­شود. در سال­های اخیر، مطالعات بسیاری روی ساختار فولرن در ترکیب­های نانوحامل دارو انجام شده است و مطالعات بسیاری در این زمینه صورت گرفت.

 در این پروژه اثر نانو فولرن  C60روی ساختار داروی لوودوپا  مطالعه شد. محاسبات مکانیک کوانتوم در سطوح HF/6-31G*  و B3LYP/6-31G*در فاز گازی، روی داروی لوودوپا و نانو­حامل لوودوپا با جانشینی هالوژن­های مختلف انجام شد. بعد از بهینه­سازی ساختار­های مورد نظر، ویژگی­های مختلف از قبیل سختی شیمیایی، پتانسیل شیمیایی، گاف انرژی و ممان دوقطبی، محاسبات  NMRو محاسبات NBO روی ترکیبات انجام شد. فاکتور­ها و پارامتر­های NMR از جمله : ثابت­های پوششی ایزوتروپی، جابجایی شیمیایی، جریانات آروماتیسیته و انرژی رزونانس سیستم مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین انتقالات الکترونی، ضرائب هیبریدی، میزان مشارکت­پذیری اوربیتال­­های  pوs ، پارامتر­های ساختاری و الکترونی مورد بررسی قرار گرفت. در آخر خواص اسیدی، بازی، سایت­های واکنش­پذیری سیستم بررسی شد. نتایج نشان داد که با اتصال داروی لوودوپا به فولرن، میزان گاف انرژی و سختی شیمیایی کاهش یافته و پتانسیل شیمیایی و ممان دوقطبی افزایش یافته است. نانو­حامل داروی لوودوپا با حفظ خواص شیمیایی دارو، واکنش­پذیرتر از داروی لوودوپا شده است. افزون بر این میزان حلالیت آن در حلال­های قطبی(به عنوان مثال آب) زیادتر شده است. این نتایج می­تواند در داروسازی برای این دارو و سیستم­های مشابه مورد توجه قرار گیرد.

کلید واژه­ها : فولرن، لوودوپا، مکانیک کوانتوم ، ممان دوقطبی  

هدف

هدف از این پروژه اتصال فولرن به عنوان نانو حامل به داروی لوودوپا است که با وصل شدن فولرن به دارو، دارو تبدیل به نانو­حامل داروی لوودوپا شده است. با توجه به تحقیقات کنونی در زمینه­ی بحث نانو­حامل­های دارویی در صنایع داروسازی، در این تحقیق بر آن شدیم که با اتصال فولرن به داروی لوودوپا که یک داروی با اهمیت در درمان بیماری پارکینسون است، و تبدیل دارو به نانو­حامل فولرنی دارو، خواص شیمیایی را در داروی تنها و نانو­حامل دارو بررسی کنیم تا ببینیم از نظر شیمیایی، فولرن چه تاثیری بر روی دارو می­گذارد.

مقدمه

نانوتکنولوژی بعنوان یک فناوری کاربردی در دهه­های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در حال حاضر کنترل خصوصیات اجسام در مقیاس نانو، نقش مهمی در شاخه‌های مختلف علم چون فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی، پزشکی، مهندسی و غیره دارد. آنچه امروزه به عنوان نانو­تکنوژی مطرح است آشنا شدن و کنترل بسیاری از پدیده­ها در ابعاد اتمی و آنگسترومی است. منظور از مقیاس نانو، ابعادی در حدود 1 تا 100 نانومتر است. ریچارد فاینمن اولین دانشمندی است که به آنچه که ما امروزه علم و فناوری نانو می­گوییم اشاره کرد. کربن دارای پنج آلوتروپ است که عبارتند از : الماس، گرافیت و کربن باکی بال و کربن بی­شکل و نانولوله­­ کربنی. 60C پایدارترین حالت کربن خالص است که از 60 اتم کربن به صورت 6 ضلعی و­5 ضلعی کنار هم به وجود آمده است. باکی بال در حقیقت یک مولکول با 60 اتم کربن است که هر اتم کربن با سه اتم کربن مجاور تشکیل پیوند داده است. داروی لوودوپا یک داروی موثر در درمان بیماری پارکینسون است. در این تحقیق به کمک نرم افزار 98 Gaussian و 4.1 Gaussview نخست فولرن به داروی لوودوپا متصل شده و با لیگاند­های مختلف هالوژنی فلوئور، کلر و برم ساختار­های بهینه تعیین شد. محاسبات NBO و NMR  در دو روش B3LYP وHF با سری پایه­ی 6-31G* انجام شد. با استفاده از نتایج محاسبات NBO اطلاعاتی در مورد طول پیوند، زاویه­ی پیوندی و میزان مشارکت­پذیری اوربیتال p و اطلاعاتی حاصل از دو سطح انرژی هومو و لومو در مورد سختی شیمیایی و ممان دوقطبی و پتانسیل شیمیایی به دست آمد. در محاسبات NMR نیز پارامتر­هایی چون  σisoو جابجایی شیمیایی بررسی شد و سرانجام نتایج مورد بحث قرار گرفت.

عنوان

فهرست مطالب

صفحه

مقدمه

..................................................................................................................................................................................

1

فصل اول مقدمه­ای بر نانو­تکنولوژی و فولرن­ها

.......................................................................................................

2

1-1- مقدمه­ای از نانو­تکنولوژی

........................................................................................................................................

3

1-2- تعریف نانو­تکنولوژی

........................................................................................................................................

3

1-3- تاریخچه­­ی نانو­تکنولوژی

........................................................................................................................................

4

1-4- مواد نانو

......................................................................................................................................

5

1-1-4- طرز تهیه­ی نانو مواد

........................................................................................................................................

6

1-1-1-4- قوس پلاسما

........................................................................................................................................

7

2-1-4-1- رسوب­گذاری شیمیایی فاز بخار

...............................................................................................................

7

1-3-1-4-رسوب­گذاری الکتریکی

................................................................................................................................

7

1-4-1- 4- سل-ژل

......................................................................................................................................................

8

1-4-1-1- 4- مزایای روش سل-ژل

........................................................................................................................

9

1-4-1-2- 4- معایب روش سل-ژل

........................................................................................................................

9

1-4-1-- 5 آسیاب کردن و سایش با حرکت گلوله­ها

....................................................................................................

10

­­­1-5- علم نانو

..................................................................................................................................................................

10

1-1-5-نانو­­تکنولوژی مرطوب

.......................................................................................................................................

11

1-2-5- نانو­تکنولوژی خشک

.......................................................................................................................................

11

1- -3-5نانو­تکنولوژی محاسباتی

........................................................................................................................

11

1-6- نانو تکنولوژی علم خواص عجیب مواد

.......................................................................................................

12

1-7- مزایای نانوتکنولوژی

................................................................................................................................

13

1-8- روش­های پدید آوردن ابزار­های خیلی کوچک در ابعاد نانو­متری

..........................................................................

13

1--9کاربرد­های نانو­تکنولوژی

.....................................................................................................................................

13

1-9--1 کاربرد نانو­تکنولوژی در پزشکی

.........................................................................................................................

14

1-10—تاریخچه­ی کشف فولرن

................................................................................................................................

14

1- -11اطلاعات اولیه در مورد فولرن­ها

........................................................................................................................

15

1-12- ساختمان فولرن

....................................................................................................................

16

1-13-شیمی فولرن

.......................................................................................................................................................

17

1-14- خصوصیات وکاربرد­های فولرن

...................................................................................................................

17

1-15--موارد استفاده وکاربرد فولرن

....................................................................................................................

22

1-15-1-کاربرد­های فوتونیک

.............................................................................................................................

22

1-15-2- کاربرد در داروسازی و پزشکی

.....................................................................................................................

22

1-15--3استفاده در روان­کاری در ابعاد نانو­متری

.................................................................................................

22

1-15-4- سایر استفاده­ها

.....................................................................................................................................

22

1-16- تهیه­ی فولرن­ها

...............................................................................................................................................

24

1-1-16- تهیه از طریق حرارت­دهی القای نمونه­های کربنی

.......................................................................................

24

1-2-16- حرارت­دهی از طریق مقاومت الکتریکی

....................................................................................................

25

1-3-16- تبخیر گرافیت از طریق قوس بین دو میله­ی گرافیتی

..............................................................................

26

1-17- واکنش­پذیری شیمیایی فولرن

....................................................................................................................

26

1-17-1-  هیدروژن­دار شدن فولرن­ها

.....................................................................................................................

27

2-17-1- اکسایش فولرن­ها

......................................................................................................................................

28

-3-17-1 افزایش هسته­خواه به فولرن­ها

.....................................................................................................................

28

-4-17-1 افزایش رادیکال­ها

.............................................................................................................................

29

-5-17-1افزایش الکتروفیل­ها

..............................................................................................................................

29

6-17-1- جانشینی الکتروفیلی

.....................................................................................................................................

31

7-17-1- افزایش­های متعدد

.....................................................................................................................................

31

1-18-فولرن­های  درون­وجهی

.....................................................................................................................................

32

1-19- علت پایداری فولرن­ها و فرآیند تشکیل آنها

....................................................................................................

32

فصل دوم بیماری پارکینسون و داروی لوودوپا

...........................................................................................................

34

2-1- تاریخچه­ی بیماری پارکینسون

....................................................................................................

35

2-2-بیماری پارکینسون

..............................................................................................................................................

35

2-3- علت بروز بیماری

...............................................................................................................................................

36

2-4- علائم بیماری

...................................................................................................................................................

36

2-5- علت بروز بیماری ونحوه­ی تشخیص آن

....................................................................................................

36

2-6- درمان بیماری

...................................................................................................................................................

37

2-7- داروی لوودوپا

.....................................................................................................................................

38

2-1-7- عوارض مصرف داروی لوودوپا

....................................................................................................

39

2-7-2- مزیت استفاده از لوودوپا نسبت به داروی دوپامین

.....................................................................................

39

7-2-3- نکات قابل توجه در مورد مصرف داروی لوودوپا

...................................................................................

40

7-2-4- مکانیسم و متابولیسم دارو در بدن  ......................................................................................................................

40

فصل سوم شیمی کوآنتومی و روش­های محاسباتی   .............................................................................................................

41

3-1- شیمی کوآنتوم و روش­های محاسباتی

.....................................................................................................

42

3-2- روش­های شیمی محاسباتی­

................................................................................ .............................................

43

3-2-1- روش­های مکانیک کوآنتوم

...............................................................................................................................

43

3-2-1-1 روش­های محاسباتی آغازین (ab-initio)

...................................................................................

45

3-3- تفاوت روش نیمه تجربی و روش آغازین

.....................................................................................................

47

3-4- تابش جسم سیاه و نظریه­ی کوآنتوم

......................................................................................................

47

3-5- روش هارتری فاک 

...............................................................................................................................

48

3-5-1- هارتری فاک محدود شده (RHF)

......................................................................................................

49

3-5-2- هارتری فاک محدود نشده (UHF)

......................................................................................................

49

3-6- توانایی­های روش هارتری فاک

......................................................................................................................

50

3-7- گوسین 98  

...........................................................................................................................................................

50

3-7-1- ورودی­های گوسین 98

...............................................................................................................................

51

3-7-2- روش­های موجود گوسین 98

......................................................................................................................

52

3-7-3- سری­های پایه

........................................................................................................................................

53

3-7-3-1- توابع گوسینی  

.......................................................................................................................................

54

3-7-2-3- توابع اسلیتر

................................................................................................................................................

55

3-.7-4- تفاوت توابع اسلیتری و گوسینی

......................................................................................................

55

3-7-5- معرفی علامت #

................................................................................................................................

56

3-8NMR-(رزونانس مغناطیسی هسته)

.......................................................................................................

56

-1-8-3پارامترهای رزونانس مغناطیس هسته­ای (NMR)

..................................................................................

57

-2-8-3 محاسبات NMR  

.................................................................................................................................

57

3-9- محاسبات NBO

................................................................................................................................

58

3-10- اوربیتال اتمی طبیعی(NAO) و اوربیتال پیوند طبیعی(NBO)

........................................................................

59

فصل چهارم بحث و نتایج........................................................................................................................................................ .

62

4-1- توضیح مختصر در مورد چگونگی انجام محاسبات

..................................................................................................

63

4-2- بررسی نتایج مربوط به طول پیوند

.......................................................................................................

65

4-3- بررسی نتایج مربوط به زاویه­ی پیوندی C62-C64-X83 (X=F,Cl,Br) در نانوحامل دارو و  C2-C4-X83 در داروی هالوژنه در دو روش HF و B3LYP و سری پایه6-31G*

......................................

67

4-4- بررسی میزان مشارکت پذیری اوربیتال p در نانوحامل دارو و داروی هالوژنه در دو روش HF وB3LYP و سری پایه6-31G*

......................................

73

4-5- نتایج حاصل از انرژی هومو- لومو در بررسی گاف انرژی در نانو حامل دارو ودارو در دو روش  HFو B3LYP و سری پایه6-31G*

.........................................................................

78

4-6- بررسی نتایج حاصل از سختی شیمیایی در نانو­حامل دارو و دارو در دو روش HF و B3LYP و سری پایه6-31G*

........................................................................

82

4-7- بررسی نتایج مربوط به تغییرات پتانسیل شیمیایی در نانو­حامل دارو و دارو در دو روش HF وB3LYP و سری پایه6-31G*

.........................................................................

84

4-8- بررسی روند تغییرات ΔNmax  در نانو­حامل دارو و دارو در دو روش HF و B3LYP و سری پایه6-31G*

..............................................

86

4-9- بررسی نتایج مربوط به ممان دوقطبی در نانو­حامل دارو و دارو در دو روش HF و B3LYP و سری پایه6-31G*

........................................................................

88

4-10- نتایج حاصل از بررسی فاصله ضرائب نرمال در نانو­حامل دارو و دارو با استخلاف­های هالوژنی F، Cl و Br در دو روش HF وB3LYP و سری پایه6-31G*

...............................................

90

4-11- نتایج مربوط به بررسی الکترون­های ظرفیتی و بار در نانو­حامل دارو

...................................................................

92

4-12- نتایج مربوط برای به اثبات رساندن خاصیت الکترون کشندگی فولرن

...................................................................

95

4-13- نتایج حاصل از بررسی انرژی رزونانس انتقال*  در نانو حامل دارو  و دارو در روش HF و سری پایه6-31G*

........................................................................

96

4-14- نتایج حاصل از بررسی انرژی رزونانس انتقال *  در نانو حامل دارو و دارو در دو روش HF و B3LYP و سری پایه6-31G*

...................................................................

99

4-15- بررسی نتایج انرژی رزونانس انتقال*  در نانو­حامل دارو  و دارو در دو روش HF  وB3LYP و سری پایه6-31G*

....................................................................

102

4-16- نتایج حاصل از بررسی NMR در نانو­حامل دارو در روش HF و سری پایه6-31G*

...................................

106

4-17- بررسی میزان ضریب پوششی و جابجایی شیمیایی در H­های فنولی متصل به حلقه­ی بنزن در نانو­حامل دارو و دارو در دو روش HF وB3LYP و سری پایه6-31G*

...................................

114

4-18- بررسی نتایج میزان ضریب پوششی (isoσ) و جا­بجایی شیمیایی هیدروژن­ گروه کربوکسیلی متصل به حلقه­ی فنیل در نانو­حامل دارو و دارو در دو روش  HFوB3LYP و سری پایه6-31G*

..........................

117

4-19- بررسی نتایج میزان ضریب پوششی (isoσ) و جا­بجایی شیمیایی هیدروژن­های متصل به حلقه&a