Esquema do cálculo do PED

A metodologia do cálculo empregado pelo software PEDCALC é esquematizada na fi- gura 3.8. Inicialmente PEDCALC importa a conformação molecular e as constantes de força. Numa primeira etapa foram utilizados resultados do software Gaussian , mas essa metodolo- gia pode ser estendida para outros software de cálculo ab initio ou semi-empírico. Depois o

softwarePEDCALC calcula as coordenadas naturais fornecidas pelo usuário. O usuário deve

entrar com um conjunto de 3N −6 coordenadas internas de acordo com a lista de coordena- das suportadas pelo software PEDCALC . Antes de calcular o PED, verifica-se redundâncias nas coordenadas fornecidas pelo usuário. Se as coordenadas satisfizerem as condições ne- cessárias para o cálculo da distribuição potencial, a equação secular é resolvida e as matrizes de força e autovetores são transformadas para coordenadas internas, de forma que o PED é calculado sobre os autovetores das coordenadas internas.

No software PEDCALC as coordenadas naturais não redundantes são adicionadas a uma tabela como a mostrada na figura 3.5.

início

entrada de dados

Gaussian e coordenadas internas

processamento gera coord. internas redundância? sistema em coord. inter- nas S = BX PED organiza saída/tabelas fim não sim

4

BENZONIDAZOL

4.1

Introdução

No Brasil e outros países da América Latina, doenças parasitárias afetam milhões de pessoas, sendo um sério problema de saúde pública que muitas vezes é negligenciado por autoridades sanitárias ou mesmo instituições privadas ligadas à saúde.

Dentre as doenças parasitárias mais prevalentes da América Latina[33], podemos citar a Doença de Chagas, que está presente principalmente em áreas rurais ou de florestas, onde as populações locais são expostas com maior facilidade ao inseto vetor. Decorrido um século da sua descoberta, em 1909, pelo pesquisador brasileiro Carlos Chagas[34], a Doença de Chagas ainda constitui um dos maiores problemas de saúde pública da América Latina[35]. A Doença de Chagas, também conhecida como Tripanossomíase Americana ou esquizo- tripanose, é causada pela infecção por um protozoário, Trypanosoma cruzi. Esse parasita é geralmente encontrado em insetos hematófagos, e pequenos mamíferos em grandes porções da América Latina. O principal vetor da Doença de Chagas para humanos é o inseto hema- tófago Triatoma infestans, conhecido no Brasil como barbeiro. Outras formas menos comuns de transmissão da doença são a transfusão de sangue e o transplante de órgãos de pessoas infectadas com o Trypanosoma cruzi[36].

Novos casos de infecção pelo Trypanosoma cruzi geralmente ocorrem devido à exposição às fezes do Triatoma infestans. Ao chupar o sangue de humanos ou animais domésticos, os insetos depositam suas fezes[37] (contaminadas com o parasita) sobre a pele. Nesse pro- cesso, a infecção por Trypanosoma cruzi ocorre quando as fezes do inseto entram em contato com feridas na pele e superfícies mucosas (como a boca e os olhos). A infecção por Trypano-

soma cruzi é duradoura, permanecendo no indivíduo infectado por toda a vida. Sendo que na fase crônica da doença, as pessoas infectadas desenvolvem problemas cardíacos[38, 39] e gastrointestinais[40] graves.

Estudos epidemiológicos da Doença de Chagas foram realizados em áreas endêmicas e não endêmicas. Mas devido à constante migração[41] das populações rurais para os grandes centros urbanos, foram observadas áreas heterogêneas quanto à proliferação da doença. O controle sobre a proliferação da Doença de Chagas[42, 43] é feito através do combate ao inseto vetor Triatoma infestans e a aplicação de testes em doadores de sangue.

Devido aos esforços internacionais realizados nos últimos 25 anos para controlar a pro- liferação da Doença de Chagas, a incidência da doença caiu de 70.0000 casos por ano para 40.000 casos por ano, e a mortalidade anual caiu de 45.000 para 12.500 em todo o mundo[44]. Contudo, a epidemiologia da doença tem se tornado mais complexa devido aos múltiplos vetores e ainda devido as condições geopolíticas, econômicas e ecológicas das áreas endêmicas.

A Doença de Chagas é caracterizada por duas fases[45]: fase aguda e fase crônica. Na fase aguda, que dura entre 6 e 8 semanas[46], a presença do parasita pode ser detectada por alguns sintomas[33]. No curto período de tempo da fase aguda da doença, o indivíduo infectado pode apresentar inchaço no local da infecção (geralmente próximo a picada do mosquito transmissor), febre, linfadenopatia, anorexia, hepatoesplenomegalia e miocardite brandas. Alguns desses sintomas podem ser confundidos com sintomas de outras doenças típicas das regiões endêmicas, tornando o diagnóstico[47] nessa fase da doença menos efi- ciente. A fase crônica da doença é desenvolvida ao longo dos anos, podendo ficar o parasita encubado, sem que o indivíduo infectado apresente sintomas específicos por um período de 10 à 30 anos[48]. Entretanto, durante o tempo de incubação, o parasita se reproduz de forma lenta e gradual causando danos irreversíveis ao sistema nervoso e ao coração[48] do indivíduo infectado. A infecção pode ser verificada por métodos de diagnóstico clínicos, incluindo testes sorológicos e parasitológicos[49].

Um dos fármacos usados no tratamento da Doença de Chagas é o benzonidazol[50– 53], N-benzil-2-(2-nitroimidazol-1-il) acetamida (BZN), C12H12N4O3, sendo mais efetivo sua

apresenta a mesma eficácia no tratamento[46]. Além disso, efeitos colaterais se apresentam como um forte obstáculo ao tratamento contínuo da doença na fase crônica, levando à in- terrupção do tratamento em muitos casos[54]. Dentre os efeitos colaterais podemos citar: anorexia, dermatite alérgica e vômitos. A fórmula estrutural da molécula de BZN é mostrada na figura 4.1.

Embora os mecanismos bioquímicos que expliquem a atividade do benzonidazol ainda não sejam completamente entendidos, estudos experimentais sugerem que BZN poderia in- terferir diretamente na síntese de macromoléculas através de ligações covalentes ou outros tipos de interação entre a nitro redução de intermediários e várias componentes celulares como DNA, lipídios e proteínas do Trypanosoma cruzi[55].

NO

H

C

CH

N

N

C

NH

O

Figura 4.1: Fórmula estrutural da molécula de benzonidazol.

Na figura 4.2 temos a conformação molecular do benzonidazol com cada átomo unica- mente identificado. Usaremos essa numeração dos átomos para nos referirmos a ligações químicas, ângulos e outras características físicas e geométricas dessa molécula. A molécula é dividida em três fragmentos planares: o grupo imidazol (fragmento A: N5, C10, C9, N4, C8,

N7, O1, O2), o grupo benzil (fragmento B: C14, C15, C16, C17, C18, C19), e o fragmento

C18 C19 C14 C13 N6 C12 O3 C11 N5 C10 C9 O1 O2 C8 N7 C17 C16 N4 C15

Figura 4.2: Conformação molecular do benzonidazol com cada átomo identificado. Nesse capítulo, serão aplicadas as metodologias previamente descritas para o estudo do espectro vibracional do benzonidazol. Deste modo, cálculos de primeiros princípios se- rão empregados para obter a conformação molecular mais estável[30, 56, 57] e o espectro vibracional. Estes resultados serão comparados com aqueles obtidos experimentalmente.

4.2

Estrutura Cristalina

As amostras de benzonidazol usadas nesse trabalho foram fornecidas pelo Instituto de Tecnologia em Fármacos-Farmanguinhos/Fiocruz. As amostras de BZN foram submetidas a um processo de recristalização por Sara B. Honorato[58]. No processo de recristalização, foi usado como solvente etanol em baixa temperatura. Foram obtidos pequenos cristais de

BZN.

A técnica de difração de raios X foi aplicada nos monocristais de BZN obtidos na recris- talização. A técnica de difração de raios X em monocristais foi usada na determinação da estrutura cristalina.

Figura 4.3: Cela unitária do benzonidazol.

A determinação da estrutura cristalina foi realizada no grupo de pesquisa do Professor Javier Ellena do Instituto de Física de São Carlos. O BZN cristaliza em um sistema mono- clínico não-centrossimétrico com grupo espacial P21 e Z = 2, sendo os parâmetros de cela

cristalina a = 4.68Å, b = 10.98Å, c = 11.9Å, β = 90.58°. A célula unitária do benzimidazol obtida à temperatura de 150K é mostrada na figura 4.3.

De acordo com a estrutura cristalina pode ser observado que o radical nitro ligado ao imidazol é praticamente coplanar ao anel apresentando uma pequena torção de 5.49°.

A ressonância no grupo acetamida é caracterizada pelas distâncias O-C= 1.23Å, C-N= 1.336Åe O-N= 2.273Å. Os ângulos observados em torno do nitrogênio (121.33°) são maiores que os esperados para uma hibridização sp3 (109.5°). Isso sugere que a estrutura apresenta um caráter sp2devido a um deslocamento de elétrons livres do nitrogênio presente no grupo acetamida. As cadeias formadas no cristal de BZN são de dois tipos: intermoleculares do tipo N6–H22...O3,C11–H23...O3 e C18–H28...O2, que possibilita a formação de cadeias infinitas no eixo a, e intramolecular do tipo C11–H23...O2.

Figura 4.4: Ligações intermoleculares entre moléculas do BZN. Tabela 4.1: Parâmetros geométricos das ligações de hidrogênio.

D-H...A D-H (Å) (medido) H..A (Å) D..A (Å) D-H..A (°) Interações Intermoleculares N6–H22...O3 0,873 2,012 2,856 162 C11–H23...O3 1,0 2,371 3,173 137 C18–H28...O2 0,943 2.683 3,537 151 Interações Intramoleculares C11–H23...O2 1,0 2,413 2,799 102

4.3

Conformação Geométrica

A partir da conformação molecular do BZN determinada pela difração de raios-X, reali- zamos uma otimização de geometria da molécula isolada. Essa otimização de geometria foi feita usando a técnica DFT e o software gaussian 03[59], com a combinação de funcional e base B3LYP/6-31G++(d,p).

Figura 4.5: Superposição das conformações moleculares teórica (laranja) e experimental (colorida).

A conformação observada experimentalmente está determinada pela formação das liga- ções de hidrogênio intermoleculares que dão origem as cadeias ao longo do eixo a. Na figura 4.5 temos uma comparação das geometrias da molécula de BZN na célula cristalina (multi- colorida) e da otimização de geometria (cor laranja). As diferenças entre as conformações da molécula na figura 4.5 ocorrem no centro da molécula.

4.4

Espectroscopia Vibracional

A partir dos resultados da otimização de geometria foram realizados cálculos dos es- pectros Raman e infravermelho da molécula isolada de BZN. Para isso, usamos o software Gaussian e a combinação funcional/base B3LYP/6-31G++(d,p). A comparação entre espec- tros vibracionais calculados e experimentais deve ser realizada após um ajuste dos espectros calculados, de forma que reproduzam melhor os espectros experimentais.