W ostatnich badaniach naukowych zespół badawczy skoncentrował się na dynamice fotoizomeryzacji azo-escitalopramu, syntetycznego inhibitora ludzkiego transportera serotoniny, który wykazuje właściwości fotoswitchowalne. Badania dostarczają nowych, istotnych informacji na temat tej substancji czynnej, co może wpłynąć na jej zastosowanie w praktyce klinicznej. Wykorzystując metodę skoków powierzchniowych oraz półempiryczną metodę FOMO-CI (Floating Occupation Molecular Orbital – Configuration Interaction), naukowcy analizowali procesy fotoizomeryzacji zarówno w fazie gazowej, jak i w wodzie, co pozwoliło na lepsze zrozumienie mechanizmów działania tej substancji.
Wprowadzenie do badań nad azo-escitalopramem
Azo-escitalopram to pochodna azobenzenu, która łączy w sobie właściwości fotoswitchowalne z działaniem selektywnego inhibitora wychwytu zwrotnego serotoniny (SSRI). SSRI są stosowane w leczeniu depresji i zaburzeń nastroju, działając poprzez zwiększenie poziomu serotoniny w synapsach. W badaniach nad azo-escitalopramem zwrócono uwagę na jego potencjalne zastosowanie w terapii, które może być wspierane przez jego unikalne właściwości optyczne.
Metodyka badań
Badania przeprowadzono z użyciem metody skoków powierzchniowych, która pozwala na modelowanie dynamiki nieadiabatycznej. Zespół badawczy zastosował półempiryczną metodę FOMO-CI, aby obliczyć energie, siły i sprzężenia w czasie rzeczywistym. W badaniach uwzględniono również wpływ środowiska wodnego na dynamikę fotoizomeryzacji, co miało kluczowe znaczenie dla zrozumienia, jak różne warunki wpływają na zachowanie azo-escitalopramu.
Wyniki badania: kwantowe wydajności fotoizomeryzacji
Wyniki badań wskazują, że wydajność fotoizomeryzacji trans-azo-escitalopramu jest uzależniona od długości fali oraz środowiska, w którym zachodzi proces. Zespół badawczy odkrył, że ekscytacja n → π\* prowadzi do wyższej wydajności kwantowej niż ekscytacja π → π\*. W szczególności, wydajność fotoizomeryzacji wynosiła około 0,25 w fazie gazowej dla ekscytacji n → π\* i 0,20 w wodzie, natomiast dla ekscytacji π → π\* wynosiła odpowiednio 0,20 i 0,15. Oznacza to, że azo-escitalopram wykazuje korzystniejsze właściwości fotochemiczne w porównaniu do tradycyjnych związków azobenzenowych.
Wpływ środowiska na dynamikę fotoizomeryzacji
Badania wykazały, że obecność wody znacząco wpływa na dynamikę fotoizomeryzacji, obniżając wydajność kwantową w porównaniu do warunków gazowych. Woda, jako rozpuszczalnik polarny, stabilizuje zarówno stany podstawowe, jak i wzbudzone, co prowadzi do zmniejszenia energii ekscytacji. W rezultacie, podczas fotoizomeryzacji w wodzie, azo-escitalopram wykazuje dłuższe czasy życia w stanie wzbudzonym, co może mieć znaczenie dla jego zastosowania terapeutycznego.
Dyskusja: mechanizmy fotoizomeryzacji
Analiza trajektorii wykazała, że większość nieadiabatycznych przejść w azo-escitalopramie zachodzi przy kącie dihedralnym CNNC wynoszącym od 90° do 120°. Obecność grupy escitalopramu w strukturze związku wprowadza dodatkowe opóźnienia w ruchach torsyjnych, co wpływa na długość życia stanu wzbudzonego. W odróżnieniu od tradycyjnego azobenzenu, w przypadku azo-escitalopramu powstają dwa różne izomery cis w trakcie fotoizomeryzacji, co dodatkowo komplikuje mechanizmy reakcji.
Preferencje izomeryczne w różnych warunkach
W trakcie badań zauważono, że preferencje dla powstawania izomerów cis zależą od długości fali oraz środowiska. W fazie gazowej, 67% trajektorii reaktywnych z ekscytacji n → π\* prowadziło do powstania izomeru cis I, podczas gdy w wodzie dominował izomer cis II, co sugeruje, że warunki otoczenia mają kluczowe znaczenie dla kierunku reakcji.
Podsumowanie wyników badań
Badania nad fotoizomeryzacją azo-escitalopramu ujawniły nowe aspekty dotyczące jego dynamiki i potencjalnych zastosowań terapeutycznych. Odkrycia dotyczące zależności wydajności kwantowej od środowiska oraz długości fali mogą mieć istotne znaczenie dla przyszłych badań nad tym związkiem. Dalsze prace będą miały na celu zbadanie wpływu transportera serotoniny na procesy fotoswitchingu azo-escitalopramu, co może otworzyć nowe możliwości terapeutyczne w leczeniu zaburzeń nastroju.
Bibliografia
Gallmetzer Hans Georg, Sangiogo Gil Eduarda and González Leticia. Photoisomerization
Dynamics of Azo-Escitalopram Using
Surface Hopping and a Semiempirical Method. The Journal of Physical Chemistry. B 2024, 129(1), 385-397. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.4c06924.
