khawla Yahiaoui | Université 8 Mai 1945 Guelma

Cyclodextrins, Cucurbit[n]uril, Inclusion complexes, Charge transfer complexes, Molecular docking, Semi-empirical method, ONIOM, DFT,TD-DFT, NBO, QTAIM

keywords (Ar)

Key words (Ar):

سيكلودكسترين ، قرعيات ، مجمعات التضمين ، مجمعات نقل الشحنة ، الإرساء الجزيئي ، الطريقة شبه التجريبية

keywords (Fr)

Key words (Fr):

Cyclodextrines, Cucurbit[n]uril, Complexes d’inclusion, Complexes de transfert de charge, Docking moléculaire, Méthode semi-empirique, ONIOM, DFT,TD-DFT, NBO, QTAIM.

Thanks to the development of computer resources and the advent of increasingly sophisticated theoretical calculation methods, computational chemistry has nowadays become an essential tool for the study of molecular systems, complementing the purely experimental approach, which is often limited. It allows the understanding and prediction of structure, properties and interactions, particularly in molecular complexes. In fact, the exploration of a few receptor-substrate complexes represents the main theme of this thesis, which is structured around two components: Host-Guest and Charge Transfer Complexes (CTC). Our interest in these two types of molecular assemblies is justified by the importance and diversity of their applications in different fields of science, particularly pharmacology.
Based on experimental results from 1H NMR spectral data, we will therefore develop a molecular modeling study:
A host-invited complex where we will consider the inclusion in the hydrophobic cavity of the host molecule (native or modified Cyclodextrin or Cucurbit[n]uril) hence the name inclusion complex;
A donor-acceptor complex governed by a charge transfer between the two partners.
The work will first consist of determining the 3D structural geometry of each of the complexes. For the first type (Inclusion Complex), molecular docking will be carried out in different orientations, first using a semi-empirical method, then the calculation level will be raised by considering several combinations of the hybrid ONIOM and DFT method with an average base. For the second complex (CTC), a DFT method will be used directly. Frequency calculations will ensure that the structures obtained are true minimums on the surface of potential energy. Through electronic calculations, we will explore the boundary molecular orbitals (HOMO, LUMO) from which we will derive the global reactivity descriptors. A detailed study of intermolecular (non-covalent) interactions stabilizing each of the complexes, using different approaches (NBO and QTAIM), will also be investigated. Finally, thanks to the TD-DFT method, UV-Vis spectra will be studied and conclusions will be drawn on electronic transitions, particularly in CTCs.

Abstract (Ar)

Abstract (Ar):

بفضل تطوير موارد الكمبيوتر وظهور طرق حسابية أكثر تطوراً ، أصبحت الكيمياء الحاسوبية اليوم ، أداة لا غنى عنها لدراسة النظم الجزيئية ، مكملة للنهج التجريبي البحت الذي كثيرا ما وجد محدودا.والتى تسمح بفهم والتنبؤ بالبنية والخصائص والتفاعلات ، وخاصة في المجمعات الجزيئية في الواقع ، فإن استكشاف بعض مجمعات مستقبلات الركيزة هو الموضوع الرئيسي لهذه الأطروحة ، والتي تركز على عنصرين: مجمعات مضيف الضيوف ومجمعات نقل الشحنات إن اهتمامنا بهذين النوعين من التجمعات الجزيئية له ما يبرره من أهمية وتنوع تطبيقاتها في مختلف مجالات العلوم ، لا سيما الصيدلانية بناءً على النتائج التجريبية للبيانات الطيفية بالرنين المغناطيسي النووي للبروتون ، سنطور دراسة نمذجة جزيئية • لمركب مضيف - ضيف اين سننظر في تضمين تجويف مسعور لجزيء مضيف) (سيكلوديكسترين أصلي أو معدّل أوقرعيات)ومن هناجاء اسم مجمع التضمين • مجمع المانح- الاخذ يحكمه تحويل الشحنة بين الشريكين سيتألف العمل أولاً من تحديد الهندسة الهيكلية ثلاثية الأبعاد لكل مجمع من المجمعات. بالنسبة للنوع الأول (معقد التضمين) ، سننتقل إلى الالتحام الجزيئي في اتجاهات مختلفة ، أولاً باستخدام طريقة شبه تجريبية ، ثم سنرفع مستوى الحساب من خلال النظر في مجموعات متعددة من الطريقة الهجينة مع قاعدة متوسطة بالنسبة للمجمع الثاني (CTC) ، سيتم استخدام طريقة DFT مباشرة. سوف تضمن حسابات التردد أن تكون الهياكل الناتجة بحد أدنى صحيح على سطح الطاقة المحتملة. من خلال الحسابات الإلكترونية ، سوف نستكشف المدارات الحدود الجزيئية (HOMO ، LUMO) التي نستنتج منها واصفات التفاعل العالمي. سنقوم أيضًا بدراسة دراسة مفصلة للتفاعلات بين الجزيئات (غير التساهمية) التي تعمل على تثبيت كل مجمع ، باستخدام طرق مختلفة (NBO و QTAIM). أخيرًا ، بفضل طريقة TD-DFT ، سنقوم بدراسة أطياف UV-Vis التي سنستخلص منها استنتاجات حول التحولات الإلكترونية ، وخاصة في CTCs

Abstract (Fr)

Abstract (Fr):

Grâce au développement de moyens et ressources informatiques et à la venue de méthodes de calcul théorique de plus en plus sophistiquées, la chimie computationnelle est devenue de nos jours, un outil incontournable d’étude des systèmes moléculaires, complémentant l’approche purement expérimentale qui se trouve souvent limitée. Elle permet la compréhension et la prédiction de structure, propriétés et interactions, particulièrement dans les complexes moléculaires. Justement, l’exploration de quelques complexes de type récepteur-substrat représente la principale thématique de cette thèse s’articulant autour de deux volets: Les complexes hôte-Invité et ceux de transfert de charge (CTC). Notre intérêt à ces deux types d’assemblages moléculaires est justifié par l’importance et la diversité de leurs applications dans différents domaines des sciences particulièrement celui pharmacologique.

En nous basant sur des résultats expérimentaux des données spectrales de RMN ¹H, nous allons donc développer une étude par modélisation moléculaire :

D’un complexe de type hôte-invité ou nous considérerons l’inclusion dans la cavité hydrophobe de la molécule hôte (Cyclodextrine native ou modifiée ou Cucurbit[n]uril) d’où l’appellation de complexe d’inclusion ;
D’un complexe de type donneur-accepteur régit par un transfert de charge entre les deux partenaires.

Le travail, consistera d’abord à la détermination de la géométrie structurale 3D de chacun des complexes. Pour le premier type (Complexe d’inclusion), on procèdera à des docking moléculaires selon différentes orientations, en utilisant d’abord une méthode semi-empirique, puis on élèvera le niveau de calcul en considérant plusieurs combinaisons de la méthode hybride ONIOM et DFT avec une base moyenne. Pour le second complexe (CTC), on utilisera directement une méthode DFT. Des calculs de fréquence permettront de s’assurer que les structures obtenues sont de vrais minimums sur la surface d’énergie potentielle. Par des calculs électroniques, on explorera les orbitales moléculaires frontières (HOMO, LUMO) d’où l’on déduira les descripteurs de réactivité globale. On s’intéressera aussi à une étude détaillée des interactions intermoléculaires (non covalentes) stabilisant chacun des complexes, en utilisant différentes approches (NBO et QTAIM). Enfin grâce à la méthode TD-DFT on étudiera les spectres UV-Vis d’où l’on tirera des conclusions sur les transitions électroniques particulièrement dans les CTC.

Scientific publications

Scientific publications :

Scientific publications

Yahiaoui Khawla, Seridi Lynda, Mansouri Karima, Temozolomide binding to Cucurbit [7] uril: QTAIM, NCI-RDG and NBO analyses. Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry, 2021 , p. 61-77.

Scientific conferences

Scientific conferences:

Etude quantique de l'activité antioxydante de l' Hydroxytyrosol et de son interaction avec la β-Cyclodextrine.

Yahiaoui, K., Fetici, F., Seridi, L.

12 ^èmes Journées de Chimie Théorique et Computationnelle JCTC12 , 28-30 mars 2017, Tizi Ouzou

Etude DFT du complexe de transfert de charge Allopurinol→DDQ et analyses NBO et QTAIM des interactions stabilisantes.

Yahiaoui, K., Seridi, L., Boudra, C.

1^er Séminaire National de Physique et Chimie des Matériaux (SNPCM1’2018) , 28-29 Novembre 2018 , ENSET Azzaba - Skikda

Theoretical investigations of supramolecular complex of β-cyclodextrin with the antioxidant agent Hydroxytyrosol: AIM and NBO approaches.

Yahiaoui, K., Seridi, L.

Journée Nationale: « Etude des Matériaux : Elaboration et Modélisation » JEMEM 2018, 13 Décembre 2018, Guelma

Multiobjective optimization of wastewater treatment by electro-chemical process

Bendjaballah, M., Saidi , H., Boudjehem, H., Yahiaoui, K.

Tunisia Chemistry Conference TCC 2018 , 20 th eddition , 16-20 Decembre 2018, Hammamet , Tunisia.

Etude quantique du complexe de transfert de charge entre 2-(2-methyl-5-nitroimidazol-1yl) éthanol et DDQ Analyses NBO et QTAIM

Yahiaoui, K., Seridi, L.

1^er Séminaire National sur la Chimie Appliqué et la Modélisation moléculaire (SNCAMM1’2019) , 26 Septembre 2019 , Guelma

Quantum chemical investigation of the Host – Guest interaction between β- Cyclodextrin and Hydroxytyrosol.

Yahiaoui, K., Seridi, L., Mansouri , K.

4^th National Scientific Days (jsne4'2019) , 4-5 novembre 2019, Azzaba Skikda, Algerie

Density functional study of inclusion complex of an antipsychotic drug and modified Beta-Cyclodextrin: TD-DFT and topological QTAIM analysis.

Mansouri, K., Seridi, L., Yahiaoui, K.

4^th National Scientific Days (jsne4'2019) ,4-5 novembre 2019, Azzaba Skikda, Algerie

A DFT study of inclusion complex of the antioxidant agent Hydroxytyrosol and Beta- Cyclodextrin : TD-DFT , NMR and QTAIM analyses.

Yahiaoui, K., Seridi, L., Mansouri, K.

13^èmes Journées internationales de Chimie Théorique et Computationnelle JCTC’13, 02-04 Février 2020, Biskra, Algérie.

Intermolecular interactions in OLZ@ME-β-CD inclusion complexes : Meticulous investigations via AIM analysis

Mansouri, K., Seridi, L., Yahiaoui, K.

13^èmes Journées internationales de Chimie Théorique et Computationnelle JCTC’13, 02-04 Février 2020, Biskra, Algérie.