Propriedades espectroscópicas de complexos de inclusão: UV-Vis

Assim como outras propriedades físico-químicas e espectroscópicas que são avaliadas nos complexos em função da adição das CDs, o espectro com incidência de radiação UV-Vis pode ser útil em muitos casos (MURA, 2014b). Muitas moléculas orgânicas absorvem radiação na região do UV-Vis, provocando alterações nos orbitais eletrônicos capazes de serem detectadas, podendo, além de detectar formações dos complexos de inclusão, esta técnica ser utilizada para o próprio doseamento do fármaco, etapa necessária para a técnica dos diagramas de solubilidade de fases.

As substâncias orgânicas absorvem radiação em diversas faixas do espectro eletromagnético, o que provoca alterações fundamentais na molécula, e depende da frequência da radiação o tipo de alteração promovida. No caso da radiação UV-Vis, os elétrons absorvem energia saltando de orbitais com diferentes estados energéticos, passando de um estado fundamental (antes de absorver energia) para um estado excitado

(após a absorção de energia). Geralmente a transição mais provável é do orbital ocupado de maior energia, HOMO, para o orbital desocupado de menor energia, LUMO (menor energia em relação aos orbitais desocupados, mais ainda sim com maior nível energético do que o orbital no estado fundamental). Os orbitais ocupados de menor energia no geral correspondem aos orbitais σ, envolvidos na formação das ligações σ. Em ordem crescente de nível energético tem-se os orbitais σ < π < η (este último sendo presente nos pares de elétrons desemparelhados, comumente presentes em átomos de oxigênio, nitrogênio ou enxofre, por exemplo). Os orbitais desocupados, ou antiligantes (σ* e π*) são aqueles de maior energia (PAVIA et al., 2010).

Outro ponto importante é que a energia necessária para ocorrerem as transições dos orbitais ocupados de menor energia é maior do que a energia necessária para ocorrerem as transições dos orbitais ocupados de maior energia. Assim, as transições entre os orbitais η → π* tem energia menor (ou requer radiação com comprimento de onda maior) do que a necessária para ocorrer a transição π → π* (PAVIA et al., 2010). As transições de menor energia são observadas em maiores valores de comprimento de onda no espectro UV-Vis. É por este motivo que compostos orgânicos com a presença de insaturações, anéis aromáticos ou presença de heteroátomos acabam por ter um espectro no UV-Vis com bandas de absorção em regiões de maior comprimento de onda em relação aos alcanos, estes englobando praticamente todas as moléculas orgânicas, as quais absorvem radiação com menor comprimento de onda, particularmente na região próxima a 200 nm.

Além da influência qualitativa dos grupamentos químicos no espectro de absorção, a concentração das moléculas também influencia na intensidade de absorção de energia (MÄNTELE; DENIZ, 2016). A equação de Ber-lambert (Equação 5) lista alguns dos fatores que influenciam na intensidade de absorção de energia UV-Vis:

𝐴 = −𝑙𝑜𝑔𝑇 = 𝑙𝑜𝑔

𝐼0

𝐼

= 𝜀 . 𝑐. 𝑑

Equação 5

onde T é a transmitância, I0 e I é a intensidade da radiação antes e após passar pela amostra, ε é o coeficiente de absortividade molar (característico da molécula), c é a concentração e d é o caminho ótico em que a solução da amostra em análise está inserida. De acordo com esta lei, a absorbância é diretamente proporcional à concentração da amostra, porém em concentrações muito altas a linearidade pode sofrer um desvio, e para

uma correta predição da concentração da amostra em função de sua absorbância, um dos parâmetros necessários à validação de metodologia analítica incluem o estudo da faixa de concentração analisada, de modo a gerar um modelo matemático que correlacione estes dois valores, sendo a equação da reta comumente utilizada para modelos lineares (MÄNTELE; DENIZ, 2016).

Como o espectro de absorção da molécula depende das transições que ocorrem nos átomos, esta característica é específico de cada molécula, mas como os grupamentos se repetem muito de molécula a molécula, esta técnica tem algumas limitações de especificidade. Quando as moléculas são inseridas na cavidade da CD, elas sofrem uma desolvatação, que acaba por modificar o espectro de absorção, tanto em intensidade quanto no nível energético (MURA, 2014b). Estas modificações espectrais podem ser usada para calcular tanto a constante de estabilidade do complexo quanto a estequiomteria, por técnicas alternativas ao diagrama de solubilidade de fases. A equação de Benesi-Hildebrandt (BENESI; HILDEBRAND, 1949) pode ser usada para calcular a constante de estabilidade do complexo, considerando a estequiometria 1:1 na Equação 6 e a esteqiometria 2:1 (CD:fármaco) na Equação 7, a partir das mudanças espectrais em função de diferentes concentrações de CD, como apresentado a seguir:

1 𝐼− 𝐼₀

=

1 𝐼_𝛼− 𝐼₀ .𝐾 .[𝛽𝐶𝐷]

+

1 𝐼_𝛼− 𝐼₀ Equação 6 1 𝐼− 𝐼₀

=

1 𝐼_𝛼− 𝐼₀ .𝐾 . [𝛽𝐶𝐷]2

+

1 𝐼_𝛼− 𝐼₀ Equação 7

onde K é a constante de equilíbrio, I0 é a intensidade de absorbância do fármaco na ausência de CD na solução, Iα é a absorbância do fármaco em uma concentração bem superior de CD em relação ao fármaco (concentração em que teoricamente todas as moléculas do fármaco estariam formando um complexo) e I seria a absorbância do fármaco em uma concentração intermediária da CD. No entanto, esta técnica utilizando a radiação UV-Vis para quantificar a afinidade entre o fármaco e a CD apresenta baixa especificidade, sendo mais sensível utilizando a técnica de espectroscopia de fluorescência (ROY et al., 2013).

As análises qualitativas podem ser, também, bastante úteis na determinação da estequiometria do complexo. Estas medidas são baseadas na técnica de Job’s Plot, que

descreve a estequiometria em que dois reagentes interagem em função da medição de uma propriedade físico-química do produto. Assim, caso a massa de precipitação seja a propriedade selecionada como medição do produto, se uma reação for realizada em diferentes proporções entre os reagentes 1 e 2, a estequiometria representativa da reação será aquela proporção de associação em que houve a máxima formação do produto (JOB, 1928). No caso do espectro UV-Vis dos complexos, pode-se selecionar o comprimento de onda em que ocorre a maior variação em função da mudança das proporções entre as concentrações de fármaco e CD, representando os resultados graficamente para observar a estequiometria representativa. Alguns tratamentos podem ser realizados na absorbância para melhor visualizar as mudanças espectroscópicas (DE MEDEIROS et al., 2016). A representação gráfica, portanto, geralmente é representada com o eixo Y apresentando a variação de absorbância (Δabs x [fármaco]) e o eixo X apresentando o valor de R, calculados pela equações 8 e 9:

𝛥𝑎𝑏𝑠 = 𝑎𝑏𝑠

₀

− 𝑎𝑏𝑠

_𝐶𝐷 Equação 8

𝑅 =

_{[𝑓á𝑟𝑚𝑎𝑐𝑜]+[𝐶𝐷]}[𝑓á𝑟𝑚𝑎𝑐𝑜] Equação 9

onde abs0 é a absorbância do fármaco na solução sem a CD e absCD é a absorbância do fármaco na presença da CD.

A partir da representação gráfica do Job’s Plot se consegue visualizar qual a estequiometria representativa do complexo, e quando a variação máxima de absorbância coincide com o valor de R = 0,5, tem-se o conhecimento que a estequiometria do complexo é 1:1, por exemplo como exemplificado na Figura 9.

Figura 9 - Representação gráfica hipotética de um estudo pela técnica de Job’s Plot

Fonte: elaborada pelo autor.

2.2.2.5 Simulação computacional de fármacos e sistemas orgânicos na

No documento Estudo das interações do praziquantel com ciclodextrinas em sistemas multicomponentes (páginas 40-44)