Structure characterization of [N-phenylamino(2-boronphenyl)-R-methyl]phosphonic acid by vibrational spectroscopy and density functional theory calculations

We present the first Fourier-transform infrared absorption (FT-IR) and Fourier-transform Raman (FT-Raman) analysis of vibrational structure of [N-phenylamino(2-boronphenyl)-R-methyl]phosphonic acid ([PhN-(2-PhB(OH)2)-R-Me]PO3H2). Assignments of experimental wavenumbers are based on performed theoretical calculations using density functional theory (DFT). Theoretical calculations show that the most stable structure of the investigated molecule is dimer in cis-trans conformation created by a pair of intermolecular hydrogen bonds between the boron hydroxyl groups of two monomers

Analiza struktur molekularnych boropochodnych aminokwasów, potencjalnych inhibitorów kinaz, metodami spektroskopii oscylacyjnej

Przedmiotem niniejszej rozprawy doktorskiej jest następująca grupa Nbenzylamino(boronofenylo)metylo pochodnych kwasów fosfonowych: N-benzyloamino-(3-boronofenylo)-S-metylofosfonowy, N-benzyloamino-(4-boronofenylo)-S-metylofosfonowy, N-benzyloamino-(2-boronofenylo)-R-metylofosfonowy, N-benzyloamino-(3-boronofenylo)-R-metylofosfonowy i N-benzyloamino-(4-boronofenylo)-R-metylofosfonowy. Związki te są potencjalnymi substancjami hamującymi aktywność enzymów z grupy kinaz. Deregulacja funkcji kinaz białkowych została rozpoznana w różnego rodzaju chorobach nowotworowych. Aktywność kinaz białkowych w rozwoju komórek nowotworowych objawia się inicjowaniem wzrostu i rozwoju komórek nowotworowych, jak również zahamowaniem programowanej śmierci komórki guza. Wieloletnie badania nad rolą kinaz, a także innych enzymów w chorobie nowotworowej, przyczyniły się do poszukiwania inhibitorów enzymów mających znaczenie w ekspansji choroby jako leki wspomagające terapię nowotworową. Celem przygotowanej rozprawy doktorskiej było zbadanie struktur oscylacyjnych grupy kwasów N-benzyloamino(boronofenylo)metylo fosfonowych przy użyciu dwóch metod spektroskopii oscylacyjnej: spektroskopii absorpcyjnej w zakresie podczerwieni (IR) i spektroskopii rozproszenia ramanowskiego (RS). Interpretacja widm eksperymentalnych została poparta obliczeniami teoretycznymi widm oscylacyjnych przy użyciu zaawansowanych metod obliczeniowych, takich jak metoda DFT (Density Functional Theory). Kolejnym celem badań eksperymentalnych było określenie mechanizmów adsorpcji wspomnianych cząsteczek, przy użyciu techniki powierzchniowo - wzmocnionego efektu Ramana (SERS), na różnych podłożach metalicznych i zmian zachodzących w tych procesach wynikających z konfiguracji absolutnej (-R i-S) i izomerii konstytucyjnej (orto-, meta-i para-) cząsteczek oraz rodzaju zastosowanego SERS - aktywnego podłoża metalicznego (koloidy metali, elektrochemicznie schropowacone elektrody) o zadanej morfologii powierzchni. Badania eksperymentalne SERS przeprowadzono przy użyciu dwóch koloidów srebra o rozmiarach nanocząstek 10-15 nm oraz 20-25 nm, a także koloidu złota o rozmiarach nanocząstek 10 nm. Dla dwóch wybranych analogów badanych kwasów fosfonowych przeprowadzono pomiary na koloidach metalicznych w różnych warunkach pH oraz w różnym stężeniu. Ponadto przeprowadzono pomiary SERS dla związków zaadsorbowanych na elektrochemicznie schropowaconych elektrodach: srebrowej, złotej i miedziowej przy zastosowaniu różnego potencjału elektrodowego. Wyniki przeprowadzonych pomiarów pozwoliły na opisanie mechanizmów adsorpcji analizowanych molekuł. Mechanizmy te zależą ściśle od zastosowanego SERS - aktywnego substratu oraz warunków pomiarowych (pH, stężenia, potencjału elektrodowego). Jednakże, można wskazać, iż fragment kwasu fenyloborowego wszystkich badanych związków silnie oddziaływał z użytą powierzchnią metaliczną przyjmując różną orientację. Ponadto zaobserwowano różnice w geometrii adsorpcyjnej badanych molekuł, immobilizowanych na tym samym substracie. Różnice te wynikają z konfiguracji absolutnej (-R i -S) oraz izomerii konstytucyjnej (orto-, meta- i para-). Dla związku para- w konfiguracji absolutnej -S stwierdzono, że w procesie adsorpcji molekuły na powierzchni elektrochemicznie schropowaconej elektrody Ag, Au, i Cu w warunkach pozytywnego potencjału elektrodowego dominującym mechanizmem wzmocnienia sygnału SERS jest mechanizm chemiczny. Dodatkowo przeprowadzone analizy dla dwóch związków zaadsorbowanych na powierzchni nanocząstek koloidalnego srebra i złota w różnych warunkach pH wskazały, że w pH = 9 dla badanych związków dochodzi do zmiany hybrydyzacji atomu boru z trygonalnej sp2 na teraedryczną sp3

Interaction of N-benzylamino(boronphenyl)methylphosphonic acid analogs with the gold colloidal surface under different concentration and pH conditions

In this study, we present surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) investigations of five analogs of a novel group of N-benzylamino(boronphenyl)methylphosphonic acids: N-benzylamino-(3-boronphenyl)-S-methylphosphonic acid (m-PhS), N-benzylamino-(4-boronphenyl)-S-methylphosphonic acid (p-PhS), N-benzylamino-(2-boronphenyl)-R-methylphosphonic acid (o-PhR), N-benzylamino-(3-boronphenyl)-R-methylphosphonic acid (m-PhR), and N-benzylamino-(4-boronphenyl)-R-methylphosphonic acid (p-PhR) deposited onto 10-nm gold nanoparticles in an aqueous solution at physiological pH (pH = 7). In addition, for the p-PhR molecule, the SERS spectra in the various conditions of pH levels of the solutions (from pH = 3 to 11) and phosphonic acid concentration (10−3–10−5 M) were measured. In general, the SERS spectral profiles indicate that at pH = 7, all of the aforementioned molecules interact with the colloidal gold surface via a boronphenyl ring. However, the orientation of the boronphenyl ring onto the substrate surface is different for each of the studied molecules. The boronic acid group of p-PhS and p-PhR binds to the gold nanoparticles, whereas the phosphonic acid group assists in the interaction with the substrate for p-PhR only. For all the molecules, the –CLCα(P)N– fragment distinctly influences the molecule/gold interactions, especially in the case of o-PhR. The previous differences in the compound behavior at the gold/liquid interface underline the role of an absolute configuration (–R and –S) and a type of isomer (orto-, meta-, and para-) on the SERS signals, which means their influence on the adsorbate geometry. Additionally, based on the SERS results for p-PhR in various environmental conditions, we draw conclusions about spectral changes (adsorbate geometry changes) as a result of the pH of solution and molecule concentration alternations

In Situ and Ex Situ Raman Studies of Cysteine’s Behavior on a Titanium Surface in Buffer Solution

In this paper, surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) was used to investigate the adsorption process of cysteine (Cys). Studies were carried out in the presence of phosphate-buffered saline solution (PBS), at pH 7.4, and acidified to pH 5, 3, and 1, on the surface of Ti for implant application. In situ SERS spectra obtained for the Cys/Ti solution system, after 24 h of immersion time, indicated that the buffer solution strongly influences the adsorption behavior of Cys on the Ti surface. This results in a decrease in Cys adsorption on the Ti surface, in the range of pH 7.4 to 3. The strong interaction between a sulfur atom of Cys and a Ti surface was observed only at pH = 1, under strongly acidic conditions. In contrast, ex situ SERS spectra recorded for the same samples but in a dried Cys/Ti system show a completely different behavior of Cys on the Ti surface. Formation of a disulfide (S-S) bond has occurred as a result of the dimerization or aggregation of Cys molecules on the Ti surface. Detailed analysis of the adsorption behavior of Cys on the Ti surface can be very important in the preparation of bioactive materials (i.e., coated by organic layers)