Difração de raios X por policristais: uma ferramenta para caracterização e determinação estrutural do protótipo do fármaco LASSBio-1755. Difração de raios X por policristais: uma ferramenta para caracterização e determinação estrutural do protótipo do fármaco LASSBio-1755.
Química Medicinal
O LASSBio ® e as N-acilidrazonas Bioativas
O LASSBio® foi criado em 1994 na Universidade Federal do Rio de Janeiro, com o objetivo de descobrir novas substâncias bioativas que possam ser utilizadas como protótipos de novos medicamentos. A função NAH consiste em uma subunidade mínima presente em diversos protótipos de fármacos capaz de produzir pontos de interação com mais de um tipo de biorreceptor.
O protótipo de fármaco LASSBio-1755
Especificamente para o composto LASSBio-1755, o planejamento ocorreu da seguinte forma: por estratégia de simplificação molecular, o benzodioxol do LASSBio-294 foi substituído por um fragmento ciclohexila, resultando no composto LASSBio-1515. Este composto apresentou resultados comparáveis à dipirona no modelo de nocicepção induzida por ácido acético e teve efeito antiinflamatório superior ao LASSBio-294.
Estrutura cristalina
- Rede cristalina e cela unitária
- Índices de Miller
- Rede recíproca
- Simetria cristalina
- Sistemas cristalinos e rede de Bravais
- Grupos espaciais
A unidade assimétrica é a menor unidade de volume que contém todas as informações estruturais e que, através da aplicação de operações de simetria, consegue reproduzir a célula unitária (PECHARSKY; ZAVALIJ, 2009). É importante ressaltar que os átomos podem estar localizados em qualquer lugar da célula unitária no espaço imediato.
Teoria da difração de raios X
Produção de raios X
- Tubo de raios X
O espectro contínuo de raios X é produzido quando os elétrons incidentes no ânodo perdem energia ao passar pelo campo de Coulomb do núcleo. O espectro coerente de raios X produzido pelos elétrons no tubo de raios X é caracterizado por um comprimento de onda mínimo (λmin) correspondente à energia máxima dos elétrons excitados, de modo que h é a constante de Planck, c é a velocidade da luz, e é a carga do elétron, e V0 é a diferença de potencial aplicada no tubo (VAN GRIEKEN; MARKOWICZ, 2002). Se a energia dos elétrons acelerados quando atingem o ânodo for alta o suficiente, eles podem expulsar os elétrons das órbitas mais internas dos átomos alvo, deixando uma instabilidade e, como resultado, os elétrons da órbita mais externa saltarão para preencher o espaço. brecha. na órbita mais interna.
Difração de raios X
Walter Friedrich e Paul Knipping colocaram um cristal de sulfato de cobre no caminho de um estreito feixe de raios X e usaram uma chapa fotográfica para detectar a presença de raios difratados. Mais tarde, William Henry Bragg e seu filho William Lawrence Bragg demonstraram uma relação conhecida como lei de Bragg, que é fundamental para o estudo das estruturas cristalinas. A difração de um feixe de raios X sobre um material cristalino é formada pelo processo de interferência construtiva, que é causado pelo feixe de raios X incidente contra um material com estrutura atômica ordenada periodicamente.
Se n for um número inteiro, a distância interplanar θ é o ângulo de Bragg (o ângulo entre o plano de difração e o feixe incidente) (ver Figura 18). É importante notar que em policristais, as reflexões ocorrerão quando as orientações de vários microcristais forem tais que um determinado conjunto de planos (hkl) forme um ângulo θ (ângulo de Bragg) com os raios X, o que está de acordo com a lei de Bragg. .
Difração de raios X por policristais
Portanto, a difração de raios X a partir de policristais tem sido muito importante para a análise de misturas de fases cristalinas de materiais (WILL, 2006). Existe uma coleção de perfis de difração de pó, comumente chamados de arquivos PDF (Powder Diffraction Files), que são de fundamental importância para quem trabalha na identificação dos possíveis elementos de uma amostra. Este banco de dados facilita e auxilia na análise do perfil de difração de amostras policristalinas.
Os arquivos PDF são mantidos pelo Centro Internacional de Dados de Difração (ICDD), um banco de dados internacional. Um padrão de difração de pó contém inúmeras informações que vão desde parâmetros estruturais, tais como: informações sobre a estrutura cristalina e propriedades da amostra, até informações sobre parâmetros instrumentais (ver Figura 19). Levando em consideração todos os parâmetros que podem influenciar diretamente na obtenção de um padrão de difração, a etapa de preparação da amostra deve ser realizada com cautela.
Parâmetros importantes para determinação da estrutura cristalina
Fator de estrutura
Na difração de raios X, o poder de dispersão dos átomos é proporcional ao número de elétrons no átomo. onde é o fator de espalhamento do átomo em repouso e é o parâmetro de vibração isotrópica do átomo, também conhecido como parâmetro de deslocamento atômico (PECHARSKY; ZAVALIJ, 2009). O parâmetro deslocamento atômico, pode ser relacionado ao parâmetro deslocamento atômico médio (PECHARSKY; ZAVALIJ, 2009), por:.
Fator de multiplicidade
Fator de Lorentz-polarização
Determinação da estrutura cristalina
- Indexação
- Determinação do grupo espacial
- Decomposição do perfil/ajuste do perfil
- Solução da estrutura cristalina
- Refinamento de estrutura através do método de Rietveld
- Fator de escala
- Rugosidade superficial
- Orientação preferencial
- Funções de perfil
- Radiação de fundo ou “background”
- Convergência do refinamento
Quando nenhuma informação de célula unitária está disponível, a indexação ab initio é feita atribuindo índices hkl a cada pico de Bragg observado nos dados de difração de pó. Para um perfil de difração, normalmente aparecem vários grupos espaciais possíveis e o grupo mais coerente deve ser selecionado. Na abordagem tradicional, as intensidades das reflexões individuais I(hkl) são extraídas usando os dados de perfil e difração de pó.
A abordagem de espaço direto utiliza informações de geometria molecular sem considerar os dados de difração do pó antes de calcular a resolução estrutural. Em seguida, o perfil de difração de pó da estrutura de teste e o perfil experimental de difração de pó são comparados. Onde n é o grau do polinômio, e Bm são os coeficientes dos parâmetros refináveis, e BKPOS é o número de termos que melhor se ajustam ao fundo do perfil de difração observado.
Análise térmica
Calorimetria exploratória diferencial (DSC)
onde é a intensidade do pico e é a intensidade do pico calculada, este é um parâmetro útil para avaliar a qualidade do modelo estrutural refinado da estrutura cristalina. Possíveis eventos térmicos, endotérmicos ou exotérmicos, são representados por desvios da linha de base (ver Figura 20). A forma, posição e número de picos na curva são úteis para análises qualitativas e de interesse quantitativo temos a área sob os picos que é diretamente proporcional à quantidade de calor absorvido (evento endotérmico) ou liberado (evento exotérmico).
Uma curva típica de possíveis eventos térmicos resultantes de um experimento de DSC para uma determinada amostra é mostrada na Figura 20. A troca de calor entre o forno e a amostra ocorre via disco termoelétrico e o fluxo de calor diferencial é medido por termopares. O método avalia a pureza do composto através da análise do pico de fusão obtido, utilizando a lei de depreciação do ponto de fusão de Van't Hoff (que prevê a diminuição do ponto de fusão do composto puro devido à presença de impurezas) (A VAN DOOREN ;MÜLLER, 1984).
Termogravimetria (TG)
O termo "termobalança" é usado para definir um sistema capaz de medir a massa de uma amostra em uma faixa de temperaturas. O termograma permite estabelecer uma faixa de temperatura onde os materiais que são aquecidos adquirem uma composição química definida e constante (BROWN, 1988). EU). A amostra não sofre decomposição com perda de produtos voláteis acima da faixa de temperatura mostrada. ii).
Observa-se uma rápida perda de massa inicial; em muitos casos, isso é acompanhado pela perda de umidade da amostra ou pela dessorção de gases. iii) Representam a decomposição da amostra em uma única fase. Os limites de temperatura da estabilidade do reagente e dos intermediários podem ser determinados a partir da curva. v) Eles também representam diferentes estágios de decomposição, mas nenhum intermediário estável é formado. Em taxas de aquecimento mais baixas, as curvas (v) tendem a se assemelhar às curvas do tipo (iv), enquanto em taxas de aquecimento altas, as curvas do tipo (iv) e do tipo (v) podem se assemelhar às curvas do tipo (iii). vi) Apresentam um aumento de massa devido à reação da amostra com a atmosfera circundante.
Espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR)
Num espectro de absorção, a frequência da radiação absorvida é igual à frequência da vibração molecular que provoca o processo de absorção. O espectrômetro com transformada de Fourier tem a capacidade de detectar todos os comprimentos de onda simultaneamente e também é caracterizado por maior utilização de luminosidade do que instrumentos dispersivos e, consequentemente, melhor precisão. Durante o processo de medição, o feixe de radiação passa por uma fenda, que controla a quantidade de energia.
O feixe entra no compartimento da amostra e é transmitido ou refletido na superfície da amostra, onde frequências de energia específicas, características da amostra, são absorvidas. O feixe segue para o detector de medição final, a medição é digitalizada e enviada para o computador onde será aplicada a transformada de Fourier e então é obtido o espectro de absorção da amostra (HOLLER; SKOOG; CROUCH, 2009). O espectrograma resultante da medição apresentará o resultado equivalente à absorbância da amostra, permitindo a identificação da estrutura por análise espectral e consulta de tabela (HOLLER; SKOOG; CROUCH, 2009).
Preparação da amostra
Difração de raios X por policristais
Dados até 23° foram utilizados no procedimento de indexação com uso interativo de decomposição em valores singulares (SVD-Index) (COELHO, 2003). A decomposição do perfil é realizada através de um refinamento de Pawley através do qual são extraídas as intensidades integradas e suas correlações, sendo a convergência do refinamento analisada pelo valor do parâmetro χ2. Por fim, a melhor solução encontrada no processo de “cozimento simulado” foi utilizada no refinamento pelo método Rietveld (RIETVELD, 1967; RIETVELD, 1969), utilizando o programa Topas-Academic.
A convergência de refinamento é avaliada usando os valores dos fatores de qualidade de ajuste χ2, RBragg, Rwp e Reexp.
Calorimetria exploratória diferencial (DSC)
Termogravimetria (TG)
Espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR)
Neste capítulo apresentamos os resultados obtidos com a técnica DSC, a técnica DRXP, para a análise estrutural do composto candidato ao protótipo de um novo fármaco, bem como os resultados das medições com TG e FTIR.
Calorimetria exploratória diferencial (DSC)
Difração de raios X por policristais
A estrutura cristalina do LASSBio-1755 (ver Figura 31) possibilitou evidenciar aspectos estruturais do composto em fase sólida, o que permitiu caracterizar de forma inequívoca o diastereoisomerismo da ligação C=N (configuração relativa E). Com a determinação estrutural obtemos todas as informações referentes às coordenadas fracionárias e parâmetros de deslocamento isotrópico de todos os átomos da estrutura cristalina do LASSBio-1755. A formação do agregado cristalino, ou seja, a organização mínima das moléculas do LASSBio-1755, na fase sólida, é mostrada na Figura 37, onde as interações intermoleculares do hidrogênio são destacadas pelas linhas tracejadas azuis.
As moléculas são mantidas juntas por interações de hidrogênio entre o nitrogênio carbonílico e amida. Os comprimentos das ligações entre átomos e os ângulos entre duas ligações originadas no mesmo átomo são mostrados nas Tabelas 3-4 e 3-5. Quanto aos ângulos de torção da molécula e às conformações que ela adota, destaca-se o ângulo de torção envolvendo os átomos N(3)-N(1)-C(2)-C(5), nomeadamente -34( 3)° .
Termogravimetria (TG)
Espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR)
Neste trabalho, conseguimos determinar a estrutura cristalina do protótipo do composto fármaco LASSBio-1755 com dados de difração de raios X usando policristais combinados com o método de Rietveld. Através da difração de raios X utilizando policristais, também foi possível determinar de forma inequívoca a configuração relativa E deste composto, destacando os aspectos estruturais do composto na fase sólida. É importante ressaltar que a aplicação da técnica de difração de raios X utilizando policristais foi fundamental para atingir os objetivos propostos, pois quando o composto LASSBio-1755 foi sintetizado não foi possível produzir um único cristal de tamanho, qualidade e qualidade suficientes. estabilidade para estudar a estrutura cristalina com dados de difração de raios X de cristal único.
Por fim, a espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier permitiu a identificação de vibrações moleculares, confirmando o resultado obtido pela determinação estrutural por difração de raios X utilizando policristais. Redeterminação da estrutura do LASSBio-294 - um composto cardioativo da classe N-acilhidrazona - usando dados de difração de raios X em pó. Como determinar estruturas quando monocristais não podem ser cultivados: oportunidades para determinação de estrutura de materiais moleculares usando dados de difração de pó.
