Complexes of Hydrogen Peroxide, the Simplest Chiral Molecule, with L- and D-Serine Enantiomers and Their Clusters: MP2 and DFT Calculations

对映体 过氧化氢 化学 手性(物理) 分子 过氧化物 丝氨酸 立体异构 氨基酸 立体化学 计算化学 有机化学 物理 生物化学 手征对称破缺 量子力学 Nambu–Jona Lasinio模型 夸克
作者
Yurii A. Borisov,С. С. Киселев,M.I. Budnik,L. V. Snegur
出处
期刊:Molecules [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:29 (16): 3955-3955
标识
DOI:10.3390/molecules29163955
摘要

The interaction between natural amino acids and hydrogen peroxide is of paramount importance due to the widespread use of hydrogen peroxide in biological and environmentally significant processes. Given that both amino acids and hydrogen peroxide occur in nature in two enantiomeric forms, it is crucial to investigate the formation of complexes between them, considering the role of molecular chirality. In this work, we report a theoretical study on the hydrogen peroxide enantiomers and their interactions with L- and S-serine and their clusters. We aimed to evaluate the non-covalent interactions between each hydrogen peroxide enantiomer and the L- and D-enantiomers of the non-essential amino acid serine and their clusters. First, the potential energy surfaces (PES) of transitions between enantiomers of the simplest chiral molecule, hydrogen peroxide, in the gas phase and in aqueous solution were studied using the Møller–Plesset theory method MP2/aug-cc-pVDZ. The activation energies of such transitions were calculated. The interactions of both hydrogen peroxide enantiomers (P and M) with L- and D-serine enantiomers were analyzed by density functional theory (DFT) with ωb97xd/6-311+G**, B3Lyp/6-311+G**, B3P86/6-311+G**, and M06/6-311+G** functionals. We found that both enantiomers of hydrogen peroxide bind more strongly to L-serine and its clusters than to D-serine, especially highlighting that the L form is the predominant natural form of this and other chiral amino acids. The optimized geometric parameters, interaction energies, and HOMO-LUMO energies for various complexes were estimated. Furthermore, circular dichroism (CD) spectra, which are optical chirality characteristics, were simulated for all the complexes under study.
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