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Mass spectrometric study of randomly acetylated cyclodextrins and their associates. A stochastic dynamic approach

Titel: Mass spectrometric study of randomly acetylated cyclodextrins and their associates. A stochastic dynamic approach

Akademische Arbeit , 2020 , 127 Seiten , Note: Excellent

Autor:in: Prof. Dr. Bojidarka Ivanova (Autor:in), Michael Spiteller (Autor:in)

Chemie - Makromolekulare Chemie, Polymerchemie
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Zusammenfassung Leseprobe Details

A work on nonsubstituted cyclodextrins does illustrate persuasively the applicability of our innovative stochastic dynamic formulas connecting among measurable outcome intensity, analyte concentration in solution, the temperature and molecular properties to quantify and determine 3D structurally analytes. They bridge the gap between theory and experiment, in developing highly selective, sensitive, accurate and precise methods for quantification and exact 3D structural analytes by mass spectrometry.

Leseprobe


Table of Contents

1. INTRODUCTION

2. EXPERIMENTAL

2.1. Materials and methods

2.2. Sample preparation for ESI- and APCI-MS measurements

2.3. Determination of statistical parameters accuracy and precision

2.4. Determination of statistical parameters repeatability and reproducibility

2.5. Chemometrics

2.6. Theory/computations

2.6.1. Stochastic dynamic theory and model formulas

2.6.2. Quantum chemical computations

2.7. Experimental design

3. RESULTS

3.1. Figures of merit

3.2. Mass spectrometric data

3.2.1. Assignment of fragment ions of randomly acetylated Ac-β- and Ac-γ-cyclodextrins

3.2.1.1. Fragment ions within low m/z-values

3.2.1.2. Fragment ions within high m/z-values

3.2.1.2.1. Self-associates of nonsubstituted cyclodextrins

3.2.1.2.2. Self-associates of randomly acetylated cyclodextrins

3.2.2. Determination of mass spectrometric diffusion parameters and correlative analysis with the quantum chemical diffusion data

3.2.3. Temperature dependency of the stochastic dynamic diffusion parameters

3.2.4. Functional relationship of the stochastic dynamic diffusion parameters and the statistical parameters within the framework of the empirical modification of the characteristic function diffusion

4. DISCUSSION

Research Objectives and Themes

This work aims to establish a robust theoretical and experimental framework for the quantitative and three-dimensional structural analysis of randomly acetylated cyclodextrins and their noncovalent self-associates using mass spectrometry. The primary research objective is to validate the application of innovative stochastic dynamic (SD) formulas that correlate measurable mass spectrometric intensity fluctuations with analyte concentration, temperature, and unique molecular structural properties.

  • Development of stochastic dynamic models for mass spectrometry intensity data.
  • Characterization of randomly acetylated β- and γ-cyclodextrins and their noncovalent associates.
  • Correlation of experimental diffusion parameters with quantum chemical diffusion data to resolve 3D structural conformations.
  • Validation of statistical accuracy and precision in complex mixture analysis.
  • Improvement of quantitative mass spectrometry performance without the necessity of isotope-labeled internal standards.

Excerpt from the Book

1. INTRODUCTION

Substantial progress has been made over decades in developing the chemistry of the cyclodextrins. A considerable amount of research on ~ 11000 derivatives (Rezanka, 2019) focuses on their application. These oligosaccharides are non-toxic and easily biodegradable naturally occurring products. Important application of CDs, among others, is to area of medicinal chemistry; molecular drugs-design of new therapeutics; pharmacy; nanomedicine, nanotherapeutics, and more. The host-guest inclusion complexes of CDs and drugs improve the solubility of the therapeutics and enhanced their bioavailability.

Depending on the type of the chemically substituted CBs, there is gained a broad spectrum of solubility of the interacting ensembles of medications. The chemical modification affects on the CDs capability of forming inclusion complexes. It also affects on their catalytic activity and many other physico-chemical properties.

Also, supramolecular noncovalent self-associates of CDs have been used to study macromolecular models of highly organized systems such as enzymes, biological membranes, ribosomes and more. Besides, CDs have been used as supramolecular chiral selectors to capillary electrophoresis in the analytical practice of chiral separation methods.

Summary of Chapters

INTRODUCTION: Provides an overview of the development and applications of cyclodextrins, highlighting the analytical challenges in quantifying their randomly acetylated derivatives.

EXPERIMENTAL: Details the materials, mass spectrometric techniques, and sample preparation methods used for the study of acetylated cyclodextrins.

RESULTS: Presents findings on the figures of merit, assignment of fragment ions, and the determination of diffusion parameters through statistical and chemometric analysis.

DISCUSSION: Evaluates the efficacy of the stochastic dynamic model in providing accurate quantitative and 3D structural data for complex macromolecular systems.

Keywords

Mass spectrometry, diffusion, quantum chemistry, stochastic dynamics, acetylated cyclodextrins, supramolecular chemistry, inclusion complexes, chemometrics, molecular conformation, structural analysis, ESI-MS, APCI-MS, numerical simulation, thermodynamic stability, fragment ions.

Frequently Asked Questions

What is the core focus of this research?

The research focuses on the application of a stochastic dynamic (SD) framework to quantify mass spectrometric intensity data, enabling the precise identification and structural characterization of complex, randomly acetylated cyclodextrins.

What are the primary thematic areas covered?

The work covers stochastic dynamic theory in mass spectrometry, quantum chemical computations, the chemometric analysis of experimental data, and the structural investigation of noncovalent carbohydrate self-associates.

What is the main research objective?

The primary goal is to provide a reliable, validated analytical method for the quantitative and 3D structural determination of cyclodextrin derivatives that can function without isotope-labeled internal standards.

Which scientific methodology is employed?

The study utilizes a combination of ESI and APCI mass spectrometry, nonlinear fitting using the SineSqr function, and ab initio quantum chemical computations, integrated through a novel stochastic dynamic concept.

What is treated in the main body?

The main body examines the derivation of SD model equations, experimental designs for mass spectrometric measurements, statistical evaluations (ANOVA, Shapiro-Wilk), and the correlative analysis between stochastic diffusion parameters and quantum chemical data.

Which keywords characterize this work?

Key terms include mass spectrometry, stochastic dynamics, diffusion parameters, cyclodextrins, and quantum chemical structural analysis.

How does the SD model improve upon classical mass spectrometry?

Unlike classical approaches that often rely on total intensity (ITOT) over long scan times, the SD model uses fluctuations per short span of scan time to achieve significantly higher precision and accuracy in quantification.

What is the significance of the findings regarding self-associates?

The results demonstrate that noncovalent self-associates of acetylated cyclodextrins exhibit thermodynamic stability comparable to native cyclodextrin complexes, providing insight into their structural deformation and fragment behavior.

Ende der Leseprobe aus 127 Seiten  - nach oben

Details

Titel
Mass spectrometric study of randomly acetylated cyclodextrins and their associates. A stochastic dynamic approach
Hochschule
Technische Universität Dortmund  (Institut für Umweltforschung)
Veranstaltung
Forschungsstipendium
Note
Excellent
Autoren
Prof. Dr. Bojidarka Ivanova (Autor:in), Michael Spiteller (Autor:in)
Erscheinungsjahr
2020
Seiten
127
Katalognummer
V925353
ISBN (eBook)
9783346254733
ISBN (Buch)
9783346254740
Sprache
Englisch
Schlagworte
Mass spectrometry; diffusion; quantum chemistry; stochastic dynamics; acetylated cyclodextrins
Produktsicherheit
GRIN Publishing GmbH
Arbeit zitieren
Prof. Dr. Bojidarka Ivanova (Autor:in), Michael Spiteller (Autor:in), 2020, Mass spectrometric study of randomly acetylated cyclodextrins and their associates. A stochastic dynamic approach, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/925353
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Leseprobe aus  127  Seiten
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