Investigating the aqueous behavior of D-glucose, D-fructose and D-allulose by molecular dynamics (MD) simulations and nuclear magnetic resonance (NMR) relaxometry
D-glikoz, D-fruktoz ve D-alluloz'un sulu çözeltilerdeki davranışlarının moleküler dinamik (MD) simülasyonlar ve nüükleer manyetik rezonans (NMR) relaksometre ile incelenmesi
- Tez No: 712190
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HALİL MECİT ÖZTOP, DR. ÖĞR. ÜYESİ BESTE BAYRAMOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
D-Glikoz, D-Fruktoz ve D-Alluloz izomerik monosakaritlerdir, özellikle D-alluloz ve D-fruktoz birbirlerinin karbon 3 epimeridir. Üç şeker monomerine ait kimyasal yapılar çok benzer olsa dahi sulu çözeltileri ve gıda formasyonlarındaki davranışlarının farklı olduğu gözlenmektedir. Bu doğrultuda, tez çalışması bahsi geçen 3 monosakaritin kütlece %10, 20 ve 40 konsantrasyondaki sulu çözeltilerinin davranışlarını moleküler düzeyde, MD simülasyonlar ve NMR ile incelemeyi hedefler. Sistemlerdeki şeker-şeker, şeker-su ve su-su arası Hidrojen bağ (HB) sayıları, HB açığa çıkma yüzdeleri, su oksijenlerinin şeker oksijenleri etrafındaki çapsal dağılım fonksiyonları ve bağlı su oranları MD simülasyonlar sonucunda hesaplanmıştır. Sistemlerdeki moleküllere ait difüzyon katsayıları ise hem NMR relaksometre ile ölçülmüş hem de MD simülasyonlar ile hesaplanmıştır. Çıktılar sonucunda glikoz ve fruktozun kendi türleri arasında molekül içi ve moleküller arası bağ yapma eğilimi düşük olduğu gözlenmiştir, allulozda ise moleküller arası bağ yapma eğilimi düşük iken molekül içi bağ yapma eğiliminin özellikle piranoz formlarında yüksek olduğu gözlenmiştir. Tüm şekerler zamanın %100'ünde su ile HB yapsa dahi, glikozun en fazla, allulozun ise en az sayıda su molekülünü etrafında konumlandırdığı saptanmıştır. Fruktozun alluloza epimerizasyonu sonucunda meydana gelen yapısal değişimlerin allulozun molekül içi bağ yapma yeteneğini, özellikle piranoz formlarımda artırdığı saptanmıştır. RFD incelendiğinde ise, halkaya bağlı hidroksil ve hidroksimetil gruplarının, halka oksijenlerine göre suları, HB yapma olasılığı yüksek olan 0.28nm'de daha sık konumlandırdığı gözlenmiştir. Glikozun β formu diğer tüm tautomerlere kıyasla su moleküllerini en fazla yoğunlukla konumlandırmıştır. Fruktozun epimerizasyonu ile meydana gelen değişim sonucunda allulozun piranoz formu için su etkileşimleri önemli boyutta azalmış, bu değişimden O1, O3 ve O5 oksijenlerimdeki değişimin sorumlu olduğu gözlenmiştir. Alluloz'da gözlenen denge durumundaki furanoz yoğunluğu ve piranoz formunda artan molekül içi bağ eğilimi destekleyici bulgulardır. Difüzyon katsayılarının ise NMR VE MD simülasyonlarda konsantrasyonla birlikte azalma trendi anlamında uyumlu olduğu gözlenmiştir, bu durum konsantrasyonla artan bağlı su oranı ile uyumlu kabul edilmiştir.
Özet (Çeviri)
D-Glucose, D-Fructose and D-Allulose are isomeric monosaccharides, specifically D-allulose and D-fructose are carbon-3 epimers of each other. Although they are very similar in structural properties, physical properties of their solutions and food formulations are observed to be different. This thesis focuses on uncovering the aqueous behavior of these three monosaccharides, by investigating their 10, 20 and 40% (w/w) solutions at the molecular level by molecular dynamics (MD) simulations and NMR relaxometry. Number and occurrence frequency of hydrogen bonds (HB) between sugar-sugar, sugar-water, water-water, radial distribution functions (RDF) of water oxygens around monosaccharide oxygens, and bound water ratio were calculated by MD simulations. Diffusion coefficients of three selected monosaccharides were calculated and measured by both MD and NMR methods. Results showed that, glucose and fructose molecules were not tendent to form both intra and intermolecular HBs with itself or each other at the studied concentrations, allulose was also not tendent to form intermolecular HBs with sugar molecules, but intramolecular bonding was observed to be frequent especially in pyranose forms. For all sugars, sugar-water HBs were present in 100% of trajectory, and glucose was found to be the most successful to cluster water molecules around and form HBs, while allulose was the one with least water clustering and HB abilities. It was revealed that, epimerization of fructose into allulose improved the intramolecular HB forming tendency of allulose, especially of pyranose forms. RDF results showed that, ring hydroxyl and hydroxyethyl oxygens were better at clustering the water molecules at 0.28nm, than the ring oxygens of all ring forms. β form of glucose was the best to cluster water molecules among all tautomers of all sugars. Configurational changes between fructose and allulose significantly affect the water interaction ability of allulose pyranoses, mainly, O1, O3 and O5 were found to be responsible for the decrease in number of sugar-water interactions. In the case of allulose, frequent occurrence of furanose form in aqueous media and improved intramolecular HB of pyranose form supports the findings. For diffusion coefficients, sugar and water diffusion coefficients were in a decrease with respect to increasing concentration, being in a good agreement with the increase in the ratio of bound water molecules with increasing concentration. Also, NMR measurements were sharing the same decreasing trend with calculated values.
Benzer Tezler
- Altın( III), gümüş(I) ve rodyum(III) iyonlarının poli(2-aminotiyofenol) polimeri ile adsorpsiyonu ve seçiciliğinin incelenmesi
Investigating the selectivity and adsorption of gold(III), silver(I) and rhodium(III) ions with poly(2-aminothiophenol) chelating polymer
ÜMİT CAN ERİM
- Hümik asitlerin katı faz ekstraksiyon sisteminde kullanımı
The usage of humic acid in solid phase extraction system
ORHAN GEZİCİ
- Yatağan termik santrali kül dağındaki toryumun kül ve topraktaki davranışının ve yeraltı sularına geçişinin incelenmesi, katı faz ekstraksiyonu ile deriştirilmesi
Investigation of thorium behaviour in ash and soil, and mobilization to underground water in Yatağan coal power plant ash basin, thorium concentration via solid phase extraction
BÜLENT KIRKAN
- X120Mn12 çeliğinin çamurlu erozif aşınma davranışının incelenmesi
Investigation of slurry erosive wear behavior of X120Mn12 steel
GAYENUR TEKER ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RECEP DEMİRSÖZ
- Poli(NIPA-co-MAH) sentezi, karakterizasyonu ve immunoglobulin-G ile etkileşimlerinin incelenmesi
The Synthesis and characterization of poly(NIPA-co-MAH) and investigation of interactions with immunoglobulin-G
EMEL KALAYCIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERHAN BİŞKİN