12
Journal of Molecular Modeling (20 19) 25 :347 https:lldoi.org / l0.l007/s 00894-019-4240-z ORIGINAL PAPER Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from 6-carbon trioxylate intermediate in the citric acid cycle Check for updates Mehedi Khan 1 • Supratik Kar 1 • Jing Wang 1 • Jerzy Leszczynski 1 e Received: 1 August 20191 Accepted: 20 October 2019 © Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature 2019 Abstract Reaction pathways of side products (formate, glycolate, and tartronate) from dihydroxyfumarate (DHF) were theoretically investigated as DHF is an intermediate in the process of producing tartrates and oxalate from glyoxylate of the citric acid cycle. The proposed pathways for each reaction were mapped by density functional theory (DFT) calculations. The transitions states were confirmed by analyzing the vibrational frequency and the intrinsic reaction coordinate (IRC) theory. The corresponding reaction activation energy, enthalpy change, Gibb's free energy change, and rate of reactions were calculated to get a clear picture of the whole reaction pathway. In the whole process, the decarboxylation reaction showed the highest energy barrier of 20-23 kcal!mol. Proton transfer and hydroxylation reactions were almost barrierless. As most ofthese reactions have very low energy barrier, our fmdings elucidate the high probability of those reactions under experimental conditions. Keywords Citric acid cycle· DFT . Formate· Glycolate· Tartrate· Tartronate Introduction Man has long been trying to unravel the mystery of how the first life was originated on this planet from non-animated sim- ple carbon, hydrogen, and oxygen. A series of studies have been already performed to reveal the truth, but much more effort is required to fully understand the queries like how and what happened. The early earth condition was extreme and harsh. There is almost no geological data from before 3.8 billion years ago. The atmosphere was oxygen-free, mostly filled with H 2 , CO 2 , H 2 , and CH 4 [1]. Neither the chemical This paper belongs to the Topical Collection Zdzislaw Latajka 70th Birthday Festschri ft. This paper is dedicated to Professor Zdzislaw Latajka, on occasion of his 70th Birthday in recognition of his numerous vital research contributions. Electronic supplementary material The online version of this article (https://doi.org/10.1007/s00894-01 9-4240-z) contains supplementary material, which is available to authorized users. c>=<J Jerzy Leszczynski [email protected] Interdisciplinary Center for Nanotoxicity, Department of Chemistry, Physics and Atmospheric Sciences, Jackson State University, Jackson, MS 39217, USA Published online: 15 November 2019 condition nor the place where the first cell was formed is known to scientists [2]. The reason is simple as still, we do not have a clear idea about the biochemical pathways for the whole process. Multiple theories [3- 8] have been proposed so far and among them, heterotrophic and autotrophic theories are the prominent one. Russian biochemist Oparin [3, 4] and British biologist Haldane [9] gave the most influencing prebi- otic soup theory in the 1920s. Oparin suggested that molecules aggregated in an aqueous environment followed by it absorbed organic compounds which had undergone a series of reactions leading to more and more complex organic mol- ecules. Haldane had pretty much same idea about the evolu- tion where he proposed that primordial sea served as a huge chemical laboratory which was powered by solar energy. In the oxygen-free atmosphere, CO 2 and NH3 under the ultravi- olet (UV) radiation brought about organic monomer which in turn led to the creation of the first living cell in that hot dilute prebiotic soup. Their theory was strengthened by Miller and Urey [5, 6, 10] experiments where they mimic the atmospheric condition using NH3 and CH 4 along with water to create the environment in the lab like early cell forming time and passed continuous electric sparks through the reaction mixture. Most of the ammonia and methane was consumed, and a large num- ber of organic materials was produced at the process but was not identified at that time. After 53 years, Parker [ 11 ] analyzed Springer

Theoretical study of formate, tartrate, intermediate in ...pubs.ccmsi.us/pubs/JMM19-25-347.pdf · Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from

  • Upload
    others

  • View
    6

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Theoretical study of formate, tartrate, intermediate in ...pubs.ccmsi.us/pubs/JMM19-25-347.pdf · Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from

Journal of Molecular Modeling (20 19) 25 :347

https:lldoi.org/ l0.l007/s00894-019-4240-z

ORIGINAL PAPER

Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from 6-carbon trioxylate intermediate in the citric acid cycle

Check for updates

Mehedi Khan 1 • Supratik Kar 1 • Jing Wang 1 • Jerzy Leszczynski 1 e

Received: 1 August 20191 Accepted: 20 October 2019 © Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature 2019

Abstract Reaction pathways of side products (formate, glycolate, and tartronate) from dihydroxyfumarate (DHF) were theoretically investigated as DHF is an intermediate in the process of producing tartrates and oxalate from glyoxylate of the citric acid cycle. The proposed pathways for each reaction were mapped by density functional theory (DFT) calculations. The transitions states

were confirmed by analyzing the vibrational frequency and the intrinsic reaction coordinate (IRC) theory. The corresponding reaction activation energy, enthalpy change, Gibb's free energy change, and rate of reactions were calculated to get a clear picture

of the whole reaction pathway. In the whole process, the decarboxylation reaction showed the highest energy barrier of 20-23 kcal!mol. Proton transfer and hydroxylation reactions were almost barrierless. As most ofthese reactions have very low energy

barrier, our fmdings elucidate the high probability of those reactions under experimental conditions.

Keywords Citric acid cycle· DFT . Formate· Glycolate· Tartrate· Tartronate

Introduction

Man has long been trying to unravel the mystery of how the first life was originated on this planet from non-animated sim­ple carbon, hydrogen, and oxygen. A series of studies have

been already performed to reveal the truth, but much more

effort is required to fully understand the queries like how and what happened. The early earth condition was extreme and harsh. There is almost no geological data from before 3.8 billion years ago. The atmosphere was oxygen-free, mostly

filled with H2, CO2, H2, and CH4 [1]. Neither the chemical

This paper belongs to the Topical Collection Zdzislaw Latajka 70th Birthday F estschri ft.

This paper is dedicated to Professor Zdzislaw Latajka, on occasion of his 70th Birthday in recognition of his numerous vital research contributions.

Electronic supplementary material The online version of this article (https://doi.org/10.1007/s00894-01 9-4240-z) contains supplementary material, which is available to authorized users.

c>=<J Jerzy Leszczynski [email protected]

Interdisciplinary Center for Nanotoxicity, Department of Chemistry, Physics and Atmospheric Sciences, Jackson State University, Jackson, MS 39217, USA

Published online: 15 November 2019

condition nor the place where the first cell was formed is known to scientists [2]. The reason is simple as still, we do

not have a clear idea about the biochemical pathways for the whole process. Multiple theories [3- 8] have been proposed so far and among them, heterotrophic and autotrophic theories

are the prominent one. Russian biochemist Oparin [3, 4] and British biologist Haldane [9] gave the most influencing prebi­

otic soup theory in the 1 920s. Oparin suggested that molecules aggregated in an aqueous environment followed by it

absorbed organic compounds which had undergone a series of reactions leading to more and more complex organic mol­ecules. Haldane had pretty much same idea about the evolu­

tion where he proposed that primordial sea served as a huge chemical laboratory which was powered by solar energy. In

the oxygen-free atmosphere, CO2 and NH3 under the ultravi­olet (UV) radiation brought about organic monomer which in

turn led to the creation of the first living cell in that hot dilute prebiotic soup. Their theory was strengthened by Miller and Urey [5, 6, 10] experiments where they mimic the atmospheric

condition using NH3 and CH4 along with water to create the environment in the lab like early cell forming time and passed

continuous electric sparks through the reaction mixture. Most of the ammonia and methane was consumed, and a large num­ber of organic materials was produced at the process but was not identified at that time. After 53 years, Parker [11 ] analyzed

~ Springer

Page 2: Theoretical study of formate, tartrate, intermediate in ...pubs.ccmsi.us/pubs/JMM19-25-347.pdf · Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from

������������������� ���� ������ ��� ������������� ��� ��������� ��� ���� ������ ������������� ���� ����������� ��������������������������������������������������������� ������������������������������� � ������!��� �������"������� �������������#������������������������� ������������ �������������������� $���%�������&��'�(������� ������������� � �������������������� ������ ��������)���� ��������� ��������*+���������������������������,���� -��������*����.�����-��� ���� ��������������.������ �������������.���������%/0('�������� ��������� �����������������������������!��������������!���������������������������������������� �����!���������������%������1��� ������������������ � ���������������������'�0�������������/0(� ������������� ������.������ ��������������������� �!��������������� �1�#��������������������������0�����������!��� ������!�2���������3������������/0(����� �������.���������������������� �������������������������������������� ��� ���������������������1�#������ ����������� ������#�/0(�������������.��������0��"���� �������.������ �� ��� ������ ������4� �����!� �����!�.����� ������������5�����6�����������7���� ������ ������������ ����������#!����������.�����������������!� ������� �!���� ��� �� �������� ��.������� ������������� ��� ��������.������������ �����������"�������8���� ����� ��������������������9������� ���������������������������0���� �� �� ��������� ��/0(������.������ ������������������+������������������0"��������.������ �/0(�������������.������ �� ��� ������ ����������������������.��������0:���2�������/0(� ���������������������0����������������.������ �� ������������������������������ ��.������������������������0�;������������#������������������������������)���� �����,��������*������������.�������� ���-����������������.���������� ����������%��!���� ���� �� �'�����������������1�#�������� ���������/0( ����������0����������� �������!�6�����������7������������������� �/5����������%���������������� ���������/0('����������� ����������� ����.����������������� �+����� ����������������� ����������������������� ���������.����� ���������������������� �� �������������������������� ������������������������������������������� ������� �������4���!� �����!�.����� ����������� ������ � ���������������6����������.����� ���7��+���������������� � ���������������.������!������� ���� �������� � ���� ��� ������%+2'������� �� �������� ����� ����% <&'�������=����������������������.������ ������������������� ���������6�����������7����� ������������!���>?@ABCDCE?FDG@HCI?JK �������� �������; ������� ����� ��� ����;74��L�������������� �!������4����MN%���'�������������������������� �����O��+�������$�!���� � ��������%P&;'��4��������������������������� � ��������� ��Q�������������� ������ � � ������������ �����������R�M���� ������������������������������������$��� ���.����� �������������� ������� ������������ ���!���������!���+���� ��������������� � � �������������������������������$���������� ������������ ����� S����+������� ��!����� �����S�� ���������� ��� ������������������������ ����������� ��� �����������������.���Q���+2������ ����������������� ��� ���� ������S�� ������#� ���� ������� �(�������� �������������� ������������!���� �� ��������������������� ��� ���������!����������!� �!���# �� �������� �Q����������������� �� �������� ����� ���% <&'�����"����������� ����������� ����� ������� ��������� ���+2�� ��������� �������0���� �+���������������������� � ����� ���� ��������%;)P'������ ���������� ��+2�� ���������������� ������������������$����� ������������ �������� �������������������N����� ���������3������������������� ��;��� 9���7����������������� ����� ����������� ���� ��O������%���������������������������'����� �������+�������� ���������������#� �� ������������������������� ��;�T������S���� �4����!�� ���������������� ������� ����U%V'�����������!������� �������� ������������� �UVWXY#6��Z�[\]NZVY�_�"7744� �7[��ab[��3"_�Ob4_4�4��4 �7[��ac d ef]gZhijklj[�`�777�_3"�hijklj[�b[��3"_�Obm nW�XQ�����U%V'������� �����������������+%�3"��Oo�������� ���������� '�.������� �[�� ��Up�6���$�� �� ���� �%���"744�q�7[��rso'�t�P�� #u��� ��� �%4�4�4��4q�7[��r�'��v��� �� ����� %�� ������������� ����������� '�\]Nv�N!!������ ������������� �#���s����� �<������ ��� �%��3"����s���'wwxyzw{|}~����� �������~�wwwwwwwww������w���xyzw

Page 3: Theoretical study of formate, tartrate, intermediate in ...pubs.ccmsi.us/pubs/JMM19-25-347.pdf · Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from

������������������ �������������������������������� �!�����"#$�����%�������#��&�����'���$�!�&!�������#$ "���������#�"������ �!������� #�'�����'�����"�#�'�"������ ����( ����)"� ��� �!�&�������������������"�#�����#"����'��������"�#�'$�!�&!�����#��"�!���&!' ������������������"$�%!"������������ ����'��������� #����"''���#��*��%� �"�#� "���� �#��$!+���"���,�����!�� �����#-./���0���1��-��2�������#�������"��#�&��#����������"����� �!������� ������������ �!��'����"������ ���,'��%����3������#���3�#�$�!������1�#��� ����"����' ��3���%�����#�")����� �!�������'$�!�&!�����#��"�!���&!' �����������"�#�2�������"�#���� �!�"#��������#��� �!��)�+��#"�� �������"#4"$�-����"#�� ���5���"���'�����"�#��6#���'"������"���'�����"�#3���7%���+�#��"�&!����,-1���� ���'������,81�#���������,.1���� $����'�����"�#�'� �"#������"�������� #��,�1�#�,51�6#�������#����"���'�����"�#3���7%���+�#��"�&!����,-1���� ���������#���,913'������,813�#�$�!������,-�1)"�5"#������"%����,713,:13�#�,;1�2��"#������"���,:1"�������� ���'"#������<=$�!�&!����>< �"��"���������"#$�����"���'��� ���������"�#�������������/����"�$�!�&!�������#��"�)"�+��'����������� �������"������!�2���������� +���/�� #�'��������"�#������������#���"#4"$�-������)"���"#? �����"#$"#'�����"�#�6#��"������!3��������"#$�����"��"����� ����$�"#"#����"�����'�����"�#��%@ �#���3�#�����������"�#��� �!���#�"# ��6#����������"���'�����"�#�3�#�@ ����� #��'��������,.1�#�������#���,91������� ���'���,-1���� $��# �+���'"#%������"����,--3-�3-53�#�-81�A��#���#���3����������%�"�#��������'��������������� #�,-13�."��������� �%� ��� ���"��#�"'"��"#� ����� ���"�#�3�#������ ����#��$!"������'-B�?%�5 ��������������"#"�"��������#��,2����������#�"#$��� �� ����#��#��$"���'������"����������"����"#2�+��?-"#���? �����"#$"#'�����"�#1�CDEFGFHEDHFEHIJGDKLFM�����������)���������'�������'��������"�#� #����"$��*��#�"�"�#���&���"��#��� $$����������2����/��"��#�"%�"�#���)"����!���&!��#"�#� �"����!�����!N��������%�"�#��2��'"��������"�#,'���������#�-��"#������"����34"$��1"�������+�&!���"�#�����"�# �"��"#)��)������������O�����+�&!���"�#3�����#���#�'��3�#������#��"�#�4"���3���7%���+�#��"�&!����,������#�-1 �������+�&!�������'���"#���%���"���-�#�P(� �"������#���")��"�#�#��$!�'���;/���0���3�#�����������#"��#��$!���#$�'����"�����"�QRSTUB����"�#�����������"#$������!#����"��''������3��������3������#���3�#�$�!������'���7%���+�#��"�&!����VWXYWXZ[Y\\\\\\\\\]_ab\cdefg\ hij[kXlmn\\efg\

Page 4: Theoretical study of formate, tartrate, intermediate in ...pubs.ccmsi.us/pubs/JMM19-25-347.pdf · Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from

������������ ���� ����� ������������������������������������� ������������������������������� ��������������� � !�"#$�#�% �� ��������%�&��� � �� ��������������� ����%������%�����������������%����%'������ �������������������������������������������������������(������������������������������������������'� ������������ ��������)����#������������ ����� �����*�� �������� �� ����������������������#$������� �� �����������������#����������+������������������������&������� ��� ������������&��������%�� ��������������� !�"���#��� ���������������� ���������������������% �� %�������������������&����� ����������'� ������,���� �����#������������ ����� ����������������,��&�����������&���# ����������������������� � ����%�� �����������������!�" �#��� ����������������� �������������������� ��������������������� ������#����������� �������������-�����&�������&��$�*���$.�������������'���������������������������'���������������� �������'���������������������� ������������������������$�����&���� ����� ����,����)�����/�$��������� ����� ������ ��������������������&���������"���������� ����� �����,����������������� ���������%�� � ����������������!�"#$�#��� ���'��������������������� ��������������������% �� ���%��������������- ��������.��������� ��,���������-�������������� ����� ����.������������,��������� �������� �������� ��������������������������� !�"��#��� ����������������'�������������012345��������������6���&������������������&������������� ���������� ���*����012375��������������6���&��������&�������&��$���������� ���������� ���*����889:;8<=>?@ABCD EFAGFAH?G888888888IJKLMN8JOP9:;8

Page 5: Theoretical study of formate, tartrate, intermediate in ...pubs.ccmsi.us/pubs/JMM19-25-347.pdf · Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from

������������������� ����������������������� ���� ������������ ��������� ���� ��������������������� ������ ������ ������ ���� ����� !�"#����$�� �������������������%���� ������ �������� ����������������������� ������$�� ���� ������������������������ ������� ����������������� ��&�������'( ��� ��� ��&��������()�������� ���� ���� ����� ����������������&*���'(�*����� ����������� ���� ����������� �� �� �������� �)����������������� �������������) ������������� ������*���������� ���������%�� ������ ������ �����������������&�'�+�� �����(�$�� ������ ���������#!�"+����$����������������� ����� ��������������� ����������������'���������� �� �� ��������������� ����� ����� ����������������$���������������� �������������������� �������) ��������+�� ������, �������� ���������"���� ����������� �����-�)).�������������� ���� ������$��� ������ ��������������)���#!�""������������� �� �� ������ �����������������&� ��� ��(�$���������� �����) ���������&"��'�� �����(�, ���������������� �������"�'�� ������ ������ �����������������&��+�� �����(�$��� ������ ����/ �+!�"������$������������� ���������� � � ����������� ������$������ )��������������� ��������������� ��&�������'( ��� ��� ��&��������( �������������� � �)��������� ��&�(�$�� �������������������) ������ �� ��������� �����&������� �������������( ������������ ���� ���������������������������� �����&*����(� 0123456178163971:2;8346$�������������� ������������� ���������� ��&'( �������� ��&�"(���� <� �)��������� ��&�(������������������ ������������� ������ �)���� �������� �)���� ����� ���� ����� �����$�������� ������ ��&*��� (��������'<� �)�������� ��& ( ��������� ��&+(������ �� ��&�(�=� �� ��� ��������� ������������������ ��+ ����������� ���� ���������������$���� ) �����������������&����"�'%�� ������� ���� ����������( ������ ������ ���� �� �� � �+!�"��������������� ��+�������� �� ����� �������������������������� ��% ���������+�$�������) �������� ���� �����)��"���� ������$���� ������ ���� )����!�"�������� �)��������� ��������&+(��������� ��������� ������������ �������� �������$������� ��� ���� ������������������������� ���� ���������������� ��% ������� ���������������� )� ��������$>���$������ � �������) ��������+���� ��������� ������ ���������?����� �������@�������� ��������� �������������%����������� �� �� �� ��������� ������&*���+(�$������������ ��� ��)���� ������ ������������������� ��# �� ,A������������ &���� �����) ����������� �����(����� ������������� �����&� �������� ��������%�� �����(� ������������������� ������ �������!�"�'����$������� ������������������������ �������@������B�������� �)���� ����� ����� �������� �����)�������� �)�������������� ��#�� ���������� ��������������� ���"&�� �������) ���������� �����(����� ������������ �������� ���� ������ �������� ��� ��� ���� ������ ����������������$��� ������ �������!�"�"���CDEFG��������� �� ��$>������������������������������'&���� ��( ���&� ��� ��( �������������� ������������*����HIJKIJLMKNNNNNNNNNOPQRSTNPUVWXYN Z[\M]J_NNWXYN

Page 6: Theoretical study of formate, tartrate, intermediate in ...pubs.ccmsi.us/pubs/JMM19-25-347.pdf · Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from

���������������� ����������������� ������������������� �� �������� ����������������������� ������ ����������!���������"����������#�#���� ����� ��"���$���%���������"����#���� ����������������������������������&'���(�������������)�������� ����������� ����������������������*'+����������*,+����� ��������*�+!�� �����-�����������"������������������������*.�"��+�/ ����������������� �������������������������������0 �������������"����"������������������������ ����0 ���������������������,��&'������������������� �� �����"�����������������������������������,*���-����+�0 �����"������������!���1���� �������� �����-����������,�#&�%'���� ����2���!������ � ����������������� �� ������������� �����"�������������"��������������������'���� �������� ���������������������������#�,&,���0 ����������������������� � ���������-��"��������������������������'*����������+��� ������������ ������������)�������� ����������!���������"�����,���� ������ �����������������#&����0 �������������������� ��������������������� ������������"��������*+��������������*'+*.�"�'�+�34567���������������08������������������������������9���1��������"��� ����������� �����.�"�3456:�!�����������������"��� ������� ��������������� ����������*� ����������������� �����"������������� �������������"�����+;;<=>;?@ABCDEFG HIDJIDKBJ;;;;;;;;;LMNOPQ;MRS<=>;

Page 7: Theoretical study of formate, tartrate, intermediate in ...pubs.ccmsi.us/pubs/JMM19-25-347.pdf · Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from

����������������������� ��� ���� ������� ��� ���������������������������������������������� ��� ����� ��!���!"���������������������� �� ��������������������#����������� �����!$����������������������������������� ���� ��#����������������������������%����������� ��!��!&�� ��#� ������'�������� �������'��� ���� '����������� ����(����������������� �)�!*�������!+������ ����������������������%�������')�������!"�������������������,-��.��.�!+������ ����(������'������ ������� ��'������������ �������������������������/������� �������!"�����������#��������.�)!(�������������������������'��!�������!"������'���������!�-����.������������'��������������'.��!,������!"�����%���������������01234+������ ���� "5��� ���'������ ��,����� �����'������� ������������� ��������������������' ��!�01236+������ ���� "5��� ���'������ ��7����� ��,�� ��������������������' ��!�89:;9:<=;>>>>>>>>>?@ABCD>@EFGHI> JKL=M:NOP>>GHI>

Page 8: Theoretical study of formate, tartrate, intermediate in ...pubs.ccmsi.us/pubs/JMM19-25-347.pdf · Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from

��������������������������� ���������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������ ���� ��� ������������������������!����"#����������� ��������� ��� ��������������������������������������������������������������������������������������������$%&�� '�� ���$(&�� '�� ������� � ��)*+,-./0��������������1�������������������������������2 ��� �����������������������������������34����������������������������������5�6���� ��*+,-785 ��� ��������������������������������������������������������������������������������������������������99:;<9=>?@ABCDE FGBHGBI@H999999999JKLMNO9KPQ:;<9

Page 9: Theoretical study of formate, tartrate, intermediate in ...pubs.ccmsi.us/pubs/JMM19-25-347.pdf · Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from

�������������������� ������������������������������������������������������������ ��!�"�#$��������%�����&�����������'�('������)��*+(����������������������+���*+(��������� ��&!����)����#$�� ����%�����!���������%���,��""�%���,��"-����%���,��"� ��!��������"�.�&#""�#/�!�(������� ���� ��������%�������� ����������������������������"0���������*+(������ ��!%���,��""���12-0���������'���������&+� -3#45��(6!�(#$���,&������!�(��,(��%����������) ��������!������-0�� ��!�� ��!%���,��""# ����!������-������0���%���,��7�� ��!%���,��"-��������'���������&+� 8#95��(6!�(�#$����������������-#7:"38�;"#$���,&���������(������������3#95��(6!�(� ����&+���������<=>?@@ ����!���������$/%���,��� ��!��������"��%���,���""�"-����"���������&�����������������!�� .�&#"<=>?@A ����!���������$/%���,��� ��!%���,��"-��%���,��"9����%���,��"���%���,��"9��������&�����������������!�� .�&#"BCDECDFGEHHHHHHHHHIJKLMNHJOPQRSH TUVGWDXYZHHQRSH

Page 10: Theoretical study of formate, tartrate, intermediate in ...pubs.ccmsi.us/pubs/JMM19-25-347.pdf · Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from

����������������� ���������������� ���������� ��������������������������������� ����������������������������������������������������� �� �������������� ���������� ���!�"����������#��������� ���$����#���������� ����% �������������� �� �� �������&�%������������������������� ��������� ���� ������������������!�&��'�����!�( ��� ��������� ���%����������!��������������!�'�����!�)����������� ���������������� ������������������� ����������*���� ���������������� ��� �������+��������� ������ ����������� ������������ �����,�--.��/�0/��( ����������*������ �������������������������������!����� ������������������ �������������� �������� ������������������������'�����!���������� �������������,����� ��������� ������������������������� ���������������������������������� ���������������������� ���� ������� �����������*�������! ��������1������ ��!����������������������� �������������� �'�����!�234567( ��������� ��&�������������������������������*�������! �1������ ��!������ ������������ ��������'����2345689#���������� � �������������������������������������� ���� ������������� ����� ������������������������� �� ������!::;<=:>?@ABCDEBF GHDIHDJAI:::::::::KLMNOP:LQR;<=:

Page 11: Theoretical study of formate, tartrate, intermediate in ...pubs.ccmsi.us/pubs/JMM19-25-347.pdf · Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from

�������������� ��������������������������������������� ��������������� ��������������� ���������������������� �������������������������� ���!���"��������������#�$�%��� �����������������&��$'�(��#��)���� ������������� �������$��������������������������������������������������%���� ���������������������� �������������������*$+��*�+��� *�+�������������,����&�,������� ������ ��������������������������������������������������-������������������������������������������ ��*�+-������*$+-��������*�+-����������*�(+������������������.����*�+���������������������������������������*���������%(��� ��+����������������������������������������� �������������* �������������$��� ��+/%�0������ ���������������������������������������������������1�����������������������������.����� ��������������*�����2���������+�3456789:45���������������������������� ��������������������������� �������������*������������������� (�%��%�(��� ��+-���������.��������������.��������� ��� ���������������������*�����������������������������%(��� ��+�2����.���������������������������������������������)���������������������������-������$��������������������������������������������������������� ����������������������������� ;���������������������������.�������������.��� ���������������������������������������������������� ����������������������������� ��-��������-���������������������������������� ;��������������������������������������������������������(<������������������������������.���� ����/%(0��;���������������������=>?@A?BA?CDEFGHAD?��������;�����������������IJ,�����IKJKK���������������� ��������IJ,L��������L�� ���M��������-L2M�((�$N(������ ��������� ���������������M.��� �J��������M����������O��������M������ ���*PJMOM+��I�����J������,�������������� ���QL)��($&$N$��PJMOM������������ ���ORS��((���������R����������L��������J������ �����S�������TUVUWU56U9��X�����Y*���&+M���"������ ��������J������%$�Z�%(��%�%�Q����[M*����+������������������������������\Q���[���M���]�����%�Z����� &�Q����K)*��%�+����������������_���R��������S������������Q����K)*���$+Q�����������%������O��������������$�R�����J[*��$&+K������������ ����������������������� ���������������������J��������NZ%��R�����J[*��$$+�������������� ��������� ���������������������� ��������������������YK L�� J��NNZ%&$��%&��N�J����_ *���N+J����� �,�.*2���������+-���������������������������� ���������� ������� �������PPa��%J�-��(K���-&$��-���N�K��� ��������b�� K���R��������-I�c���-[��������$-��%�$�%�$��L�����))2Y-J����KR2,L-[��_�_�����Y-J��I-2_��S*%(�%+R������������������������������Z��������������������������������L�� J��S����Z$$(%�$$%$��2����Y]J*��%�+����������������S����K������Z��(�R�����JJd2L*��$�+Q�������� ������������������� ����������J�������&(ZN��������M�-L�����2Y-O�����Y�-!����O�-L����R-K�����K-[_���K-]�Y[*%(��+��� ���������������� ������ �����������$�R�����2%J������������������.���� ��������I��K��J��dJK�(�Z$$%��$$&��%�R�����_2Y*����+K�������������� ��������_����- �������������-������������L� ���.����Z&��$&�&�e����YS,�*��N�+M����������������������������R��������S���%Z%$��%N&���M����� ����K*%((N+����������������� �����������"�������������������&Z�%�%���%����$�`f�������f����!*���(+M������������������ ������������������I��K��J��dJK�NZ%((�%(����2�� �2*��N$+J���������������������������������� ������� �YR��M����Z&$��&N(�N�R�,����]K*��N&+K����������LQ%��� ���������������������������������������������.�����]�������S��&NZ%���&�����R�����_2Y-X��������YO-c��Y-L���!O*%(((+���������������� ����� ������� �����I��K��J��dJK�NZNN(��NN(����J��gI-����g-2�,-R����!-X����� �����S*%(�%+M.���������.���� ������������ ����������h!���.����J������iZ��� ������������������ �������.��� ����YK L�� J���&�Z&$NN�&$��%(�]����L-L���MO-�������-!���� [-X����� �����S-[����L[*%(�&+���������������������������� �������� ���_�����������.����Z��������������������������������������YK L�� J���&$Z�&��(��&��$%��]����LY- ��Y-!�Y-g����S-L���Y-�������-!���� [-[��_�_�����Y-X����� �����S-[����L[*%(��+�2������������������������������������.��������������� ���������������������������.��� ����������.��������� �������Z������������������������Y����Q��L�� %�Z&$%�&�(%%�M����� ����K*%((N+Q���������������������������������������2LI�������������������������������������������L�� ]���������Z$$��$N&%&� ��c-������O!*%((�+���R(���������������������������� ����������� ���� �����-���� ���� �����������-���������������������-�.����������-�������������� ����Z��������������������� ����������������R(��������������������%���������������������L�� K��������%(Z%�$�%��%��K���c-J�������2]*���N+K�� ����� ������������� ����������������- ��� -���J��� �������YL�� �����(NZ&N$�&��%$�,�����RY-������! -J�������2]-J������!M-S���RK-L����� �YS-J�� ��!-]����g-R�������]-���������!K-I����;�2-L�����R-[�P-2������2�-)_ ����K,-]�����Y-����!-J���������Y[-2�R-M��R-�����X-,����S-2���Y-)����R-I�;� �-2���c-X���Q-I��2-g������-R����� ���YK-�����YM-Q�����,-jklmklnompppppppppqrstuvprwxyz{p |}~o��l���ppyz{p

Page 12: Theoretical study of formate, tartrate, intermediate in ...pubs.ccmsi.us/pubs/JMM19-25-347.pdf · Theoretical study of formate, tartrate, tartronate, and glycolate production from

������������������ �������������� �������������������������������������������������������� � �!��������"������� �������������������������������#��� ������������������� ������������$����� ���� �� �������%�&��'���� ����� ������(������ �'�� ������)���� ���*�����������+���&�,����$��� �$���������(�-������������-���������-�������-�.�����/�.����������'� �&��� �����,�����.�#-�012345$�������26����������723�!��7�)������8�� "7197���������,� ����#��7123:�097;72571<7)���������������������-����� ��0123;5(��8��������8�29��29=1>����29=�.���� 8��� ������8�����8���� ������8��#��������������� ���?�298��� ���������=8����� �� ����;*%(8��������� ��,� ������������ �����������=�������� ���� ����7�(�� ����33<?31@62A31922147������ ����$� �����"��������� -012245��������� �8 �����8��������8 ���2@B1>���29B1>�#������=������� ���8��� ������8������������ �� ���� �������������=�����7� ���"���� ���� :?3669A1222167 ���������012315(�����&������� ���������7)���!� ���������� ���� ������1?;49A:2:;27.�����036435"���� ��8������������ ����= ��!� ��������7��� ������3:?;9;A;94CDEFGHIJKLHMNOJ���������� ������������� ���,� ������ �P������= ������������������������������ � � ������88���� ����7QQRSTQUVWXYZ[\YZ ] [_ [X_QQQQQQQQQabcdefQbghRSTQ