RAFAEL GERMANO SANTANA
Análise conformacional e das interações eletrônicas de algumas
2-acetamido-3-metil-3-nitrososulfanil-
N
-arilbutanamidas:
S
-nitrosotióis com potencial atividade biológica
RAFAEL GERMANO SANTANA
Análise conformacional e das interações eletrônicas de algumas
2-acetamido-3-metil-3-nitrososulfanil-
N
-arilbutanamidas:
S
-nitrosotióis com potencial atividade biológica
Dissertação apresentada a Universidade Federal de São Paulo para obtenção do título de Mestre em Ciências.
Orientadora: Profa. Dra. Adriana Karla C. Amorim Reis
FOLHA DE AVALIAÇÃO
Nome: SANTANA, Rafael Germano.
Título: Análise conformacional e das interações eletrônicas de algumas 2-acetamido-3-metil -3-nitrososulfanil-N-arilbutanamidas: S-nitrosotióis com potencial atividade biológica.
Dissertação apresentada a Universidade Federal de São Paulo para obtenção do título de Mestre em Ciências.
Orientadora: Profa. Dra. Adriana Karla C. Amorim Reis
Data: ____/____/____
Banca Examinadora
DEDICATÓRIA
E agradeço a Deus por ter me enviado um grande amigo que, sempre tem me incentivado e me ajudado muito em minha vida.
AGRADECIMENTOS
A todos os meus amigos: Adilson Fidélis, Carla Martins, Inowan Almeida, Jailson Alves, Josana, Josevan, Joel, Marcio Matsumoto,Modesto, Rodolfo Fabiano e Zaida.
Aos meus amigos de laboratório: Anderson, Bruna, Carla, Derisvaldo, Fernanda, Marconi, Marcelo, Mariane, Pamela, Rubia, Valéria, Sthephanie e Willian.
Aos meus amigos e funcionários da UNIFESP.
Aos amigos e funcionários da USP, bloco 5.
Ao meu amigo Derisvaldo por todo apoio, ajuda, dedicação e tempo na parte experimental deste trabalho.
Ao meu amigo Marcelo pela amizade, atenção ajuda, tempo nos momentos mais difíceis deste trabalho e os cálculos realizados.
Ao professor Hugo Monteiro por todo apoio e ajuda para a realização deste trabalho.
Ao professor Paulo Roberto Olivato por toda colaboração, apoio e ajuda ao ceder seu laboratório para o desenvolvimento deste trabalho.
Aos professores do Laboratório Helena Ferraz, Adreia Aguilar e Luiz Longo Jr.
Ao professor Diogo pelas análises de massa.
A todos os funcionários da central analítica.
A todos os professores da UNIFESP e da USP que participaram direta e indiretamente da minha formação.
RESUMO
O presente trabalho trata do estudo conformacional de S-nitrosotióis com potencial atividade biológica, 2– acetamido-3-metil-3-nitrosossulfanil-N-arilbutanamidas, e de seus tióis precursores, 2– acetamido-3-mercapto-3-metil-N-arilbutanamidas.
As conformações de menor energia dos S-nitrosotióis e tióis em estudo são estabilizadas por ligações de hidrogênio intramoleculares que promovem uma maior estabilidade dos confôrmeros. A análise geométrica do grupo R-SNO mostra que esses compostos preferem a conformação trans.
O cálculo das interações orbitalares pelo método NBO (Natural Bond Orbital) para as 2–acetamido-3-mercapto-3-metil-N-arilbutanamidas mostrou que as mesmas são estabilizadas pelas seguintes interações:no(N2) → (C3-O4) e no(N10)→ (C11-O12).
Os resultados de NBO para os S-nitrosotíois mostraram que a interação hiperconjugativa é bastante efetiva nas conformações estáveis
desses compostos, enfraquecendo a ligação que resulta no aumento do comprimento da ligação S-N em S-Nitrosotióis. A forte delocalização ,
induz caráter parcial a ligação S-N. A fraca ligação S-N indica uma forte delocalização do par de elétrons do O(NO) devido a interação, que é responsável pelo alongamento da ligação S-N, aumentando e a potencial
capacidade do óxido nítrico ser liberado.
ABSTRACT
We carried out a conformational study on the S-nitrosothiols (R-SNO), 2-acetamido-3-methyl-3-(nitrososulfanyl)-N-arylbutanamides and their thiol precursors 2-acetamido-3-mercapto-3-methyl-N-arylbutanamides.
The lowest energy conformation for both compounds is stabilized by intramolecular hydrogen bonds. Trans conformation was determined as the predominant conformation after geometrical analysis of R-SNO.
Orbital interactions for 2-acetamido-3-mercapto-3-methyl-N-arylbutanamides were calculated using Natural Bond Orbital (NBO) methodology. Calculations indicated that orbital interactions for these compounds are stabilized by the following interactions: no(N2) → (C3-O4) and no(N10)→ (C11-O12).
NBO results showed that the hyperconjugative interaction is
very effective, weakening the σ bond and resulting in increasing length of the S-N bond in R-SNO. The strong delocalization induces partial character to
the S-N bond. The bond S-N indicates a strong delocalization of the electron pair of O(NO) due to interaction. This interaction is responsible for the
elongation of the S-N bond which increases the ability of the compound to release nitric oxide (NO). Based on the enhanced capacity to release NO by these compounds, our findings suggest that both compounds may display biological activity.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 -Especificação do ângulo de torção segundo Klyne e Prelog. ... 9 Tabela 2 - Energia Relativa (E), população relativa (%), momento dipolar ( /D) e
ângulos diedros selecionados para os diferentes confôrmeros das 2–acetamido-3-mercapto-3-metil-N-arilbutanamidas (1-4) obtidos a partir do
cálculo DFT-B3LYP/6-311+G(2df,2p). ... 29 Tabela 3 - Cargas (e) de átomos selecionados obtidas por cálculo ab initio DFT-B3LYP/6-311+G(2df,2p) para os confôrmeros das 2– acetamido-3-mercapto-3-metil-N-arilbutanamidas (1-4) (o sinal negativo indica excesso de carga negativa). ... 30 Tabela 4 - Distâncias Interatômicas selecionadas, obtidas por cálculo ab initio DFT-B3LYP/6-311+G(2df,2p), para os confôrmeros das 2– acetamido-3-mercapto-3-metil-N-arilbutanamidas (1-4) e os valores da soma dos raios de van der Waals relevantes. ... 31 Tabela 5 - Freqüências de estiramento ( ) e deformação ( ), em cm-1, das principais
funções orgânicas das 2–acetamido-3-mercapto-3-metil-N-fenilbutanamidas (1-4), no estado sólido. ... 37 Tabela 6 -Deslocamentos químicos ( ), em ppm, e constantes de acoplamentos (3J
H-H), em Hertz, de átomos selecionados encontrados nos espectros de 1H-RMN e 13C-RMN, e o valor do ângulo diedro da ligação H-C*-N-H ( ), em graus, das 2– acetamido-3-mercapto-3-metil-N-fenilbutanamidas (1-4). ... 39 Tabela 7 – Principais interações orbitalares, calculadas pelo método NBO para as
conformações trans1 e trans2 da 2–
acetamido-3-mercapto-3-metil-N-fenilbutanamida, composto 1 (Y= H), pelo método DFT-B3LYP/6-311+G (2df,2p). ... 42 Tabela 8 – Principais interações orbitalares, calculadas pelo método NBO para as
conformações trans1 e trans2 da 2–
acetamido-N-(2-clorofenil)-3-mercapto-3-metilbutanamida, composto 2 (Y= o-Cl), pelo método DFT-B3LYP/6-311+G (2df,2p). ... 43 Tabela 9 – Principais interações orbitalares, calculadas pelo método NBO para as
acetamido-N-(3-clorofenil)-3-mercapto-3-metilbutanamida, composto 3 (Y= m-Cl), pelo método DFT-B3LYP/6-311+G (2df,2p). ... 44 Tabela 10 – Principais interações orbitalares, calculadas pelo método NBO para a
conformação cis da 2– acetamido-3-mercapto-N-(4-metoxifenil)-3-metilbutanamida composto 4 (Y= p-MeO), pelo método DFT-B3LYP/6-311+G (2df,2p). ... 45 Tabela 11- Energia Relativa (E), população relativa (%), momento dipolar ( /D) e
ângulos diedros selecionados para os diferentes confôrmeros das 2-ACETAMIDO-3-METIL-3-NITROSOSSULFANIL-N-ARILBUTANAMIDA (5-8) obtidos a partir do cálculo DFT-B3LYP/6-311+G(2df,2p). ... 47 Tabela 12 - Cargas (e) de átomos selecionados obtidas por cálculo ab initio DFT-B3LYP/6-311+G(2df,2p) para as 2-ACETAMIDO-3-METIL-3-NITROSOSSULFANIL-N-ARILBUTANAMIDA (5-8) (o sinal negativo indica excesso de carga negativa). ... 48 Tabela 13 - Distâncias Interatômicas selecionadas, obtidas por cálculo ab initio DFT-B3LYP/6-311+G(2df,2p), das 2-ACETAMIDO-3-METIL-3-NITROSOSSULFANIL-N-ARILBUTANAMIDA (5-8) e os valores da soma dos raios de Van der Waals relevantes. ... 49 Tabela 14 - Freqüências de estiramento ( ), em cm-1, das principais funções
orgânicas das ... 55 Tabela 15 - Deslocamentos químicos ( ), em ppm, e constantes de acoplamentos
(3JH-H), em Hertz, de átomos selecionados encontrados nos espectros de 1 H-RMN e 13C-RMN, e o valor do ângulo diedro da ligação H-C*-N-H ( ), em graus, das 2–acetamido-3-metil-3-nitrosossulfanil-N-arilbutanamidas em DMSO. ... 59 Tabela 16– Principais interações orbitalares, calculadas pelo método NBO para as
conformações trans e cis da 2– acetamido-3-metil-3-nitrosossulfanil-N-fenilbutanamida, composto 5 (Y=H), obtidas a nível DFT-B3LYP/6-311+G (2df,2p). ... 61 Tabela 17 – Principais interações orbitalares, calculadas pelo método NBO para as
Tabela 18 – Principais interações orbitalares, calculadas pelo método NBO para as conformações cis e trans da 2– acetamido-N-(3-clorofenil)-3-metil-3-nitrosossulfanil-butanamida, composto 7 (Y=m-Cl), obtidas a nível DFT-B3LYP/6-311+G (2df,2p). ... 62 Tabela 19 - Principais interações orbitalares, calculadas pelo método NBO para as
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
B3LYP Becke, three-parameter, Lee-Yang-Parr
DFT Density Function Theory
GMPc Guanosina monofosfato cíclico
GTP Guanosina 5'-tri-P
HF Hartree-Fock-Roothan
MEC Matriz Extracelular
NBO Natural Bond Orbital
NO Oxido Nítrico
RMN Ressonância Magnética Nuclear
SNO S-Nitrosotiól
TDF Teoria de Funcional de Densidade
SCF Self consistent field
PCM Polarizable continuum model
GSH Glutationa
PKG cGMP-dependent protein kinase
NHOs Orbitais naturais híbridos
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 1
2 OBJETIVO... 6
3 REVISÃO BIBLIOGRAFICA ... 8
3.1 Análise Conformacional ... 8
3.2 S- Nitrosotiós: Atividade Biológica ... 14
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 27
4.1 Estudo Conformacional das 2-Acetamido-3-Mercapto-3-Metil-N-Arilbutanamidas ... 27
4.1.1 Análise de Dados Espectroscópicos ... 37
4.1.2 Análise de NBO ... 41
4.2 Estudo Conformacional das S-nitrosotióis: 2-Acetamido-3-Metil-3-nitrososSulfanil-n-Arilbutanamida ... 46
4.2.1 Análise de Dados Espectroscópicos ... 55
4.2.2 Análise de NBO ... 60
5 CONCLUSÃO ... 65
6 PARTE EXPERIMENTAL ... 67
6.1 Procedimentos gerais empregados nas medidas espectroscópicas .. 67
6.1.1 Medidas no infravermelho ... 67
6.1.2 Medidas de ressonância magnética nuclear de 1H e 13C ... 68
6.2 Pontos de fusão e análise elementar ... 69
Os pontos de fusão dos compostos estudados foram determinados utilizando-se o aparelho melting point M-565 da Bulchi. ... 69
6.3 Reagentes e solventes utilizados (Purificação). ... 69
6.4 Descrição das sínteses ... 70
6.4.1 Preparação do N-(4,4-dimetil-3-oxotioetan-2-il)-acertamida (reagente de partida)... 70
6.4.2 Preparação do 2–acetamido–3–mercapto–3-metil–N– fenilbutanamida (composto 1) ... 71
6.4.3 Preparação do 2–acetamido–N–(2-clorofenil)–3–mercapto–3– metilbutanamida (composto 2) ... 72
6.4.5 Preparação do 2–acetamido–3–mercapto–N–(4–metoxifenil)–3– metilbutanamida (composto 4) ... 75 6.4.6 Preparação do 2–acetamido–3–metil–3–(nitrossosulfanil)–N– fenilbutanamida (composto 5) ... 76 6.4.7 Preparação do 2–acetamido–N–(2–clorofenil)–3–metil–3– (nitrososulfanil)butanamida (composto 6)... 77 6.4.8 Preparação do 2–acetamido–N–(3–clorofenil)–3–metil–3– (nitrososulfanil)butanamida (composto 7)... 79 6.4.9 Preparação do 2–acetamido–N–(4–metoxifenil)–3–metil– (nitrososulfanil)butanamida (composto 8)... 80
1
1 INTRODUÇÃO
Estudos dos equilíbrios conformacionais de compostos alifáticos e alicíclicos -heterossubstituídos foram amplamente revistos por Eliel1 e por Olivato2. Os métodos utilizados foram: espectroscopias no infravermelho, no ultravioleta, RMN e em alguns casos, a espectroscopia fotoeletrônica. Atualmente, novas metodologias utilizando essas técnicas tem surgido, tais como ferramentas teóricas, com o intuito de refinar os resultados já existentes e investigar o comportamento de novos sistemas moleculares.
Recentemente, uma variedade de compostos carbonílicos contendo átomos de enxofre e nitrogênio foram estudados, e como resultado dessas investigações, os comportamentos conformacionais dos compostos estudados bem como as interações que os regem foram relatados na literatura. Dentre esses, podem destacar os tioacetatos de S-metila -halossubstituídos3, N-metil- e N,N-dimetilamidas, -flúor-substituídas4,5,6 e metilpropenos -heterossubstituídos7.
Foram analisadas também as interações orbitalares de vários derivados de compostos carbonílicos contendo enxofre8,9,10,11,12.
1Eliel, E. J.;
Journal of Chemical Education, (52), 12, 762-778, 1975.
2 Olivato, P. R.; Rittner;
R. Rev. Heteroat. Chem, (15), 115-119, 1996.
3 Basso, E. A.; Fiorin, B. C.; Tormena, C. F.; Rittner; R.
J. Can. Chem., 82 (3), 418-426, 2004.
4Tormena, C. F.; Rittner, R.; Abraham, R. J.; Basso, E. A.; Pontes, R. M.;
J. Chem. Soc. Perkin Trans, 2, 2054-2059, 2000.
5Tormena, C. F.; Amadeu, N. S.; Rittner, R.; Abraham, R. J.;
J. Chem. Soc. Perkin Trans., 2, 773-778, 2002.
6 Olivato, P. R.; Guerreiro, S. A.; Yreijo, M. H.; Rittner, R.; Tormena, C.F.;
J. Mol. Struct., 607, 87-99 2002.
7 Schuquel, I. T. A.; Custódio, R.; Oliveira, P. R.; Rittner, R.;
J. Mol. Struct.-Theochem., 637, 43-54, 2003.
8 Olivato, P. R.; Hui, M. L. T.; Rodrigues, A.; Ruis Filho, R.; Rittner, R.; Zukerman-schpechtor, J.;
J. Mol. Struct., 645, 2-3, p. 259-271, 2003.
9 Rodrigues, A.; Vinhato, E.; Rittner, R.; Olivato, P. R.
Journal of Synthetic Organic Chemistry, 2003, (8), 1248-1252, 2003.
10 Olivato, P. R.; Rittner, R.;
Reviews on Heteroatom Chemistry, 15, 115-159, 1996.
11 Olivato, P. R.; Rodrigues, A.; Rittner, R.;
J. Mol. Struct.; 705, 1-3, p. 91-99, 2004.
12 Reis, A. K. C. A.; Olivato, P. R.; Rittner, R.;
2 Alguns estudos teóricos e experimentais envolvendo conformação de S-Nitrosotióis são descritos na literatura13,14. A maior parte dos estudos que
envolvem o entendimento das conformações desses compostos tem como finalidade relacionar a estrutura dos mesmos com as suas propriedades biológicas.
A geometria proposta para pequenas moléculas de S-Nitrosotióis é planar. A conformação cis ou sin I é preferencial no caso de nitrosotióis primários e secundários. Já nitrosotióis terciários assumem preferencialmente a conformação trans ou anti II (Figura 1). Esses resultados foram obtidos utilizando cristalografia14 e cálculos de mecânica quântica13.
Figura 1- Conformação de preferências extremas de S-Nitrosotiois
A estrutura de S-nitrosocisteínas em proteínas foi primeiramente relatada por Chan13 através de dados cristalográficos. É interessante ressaltar que as estruturas obtidas nas proteínas sobre condições não biológicas mostraram um valor inesperado para o ângulo diedro C-S-N-O de 88° e -76° para Cys93 de 1 e 2, respectivamente (Figura 2).
13 Chan, N. L.; Rogers, P. H.; Arnone, A.;
Biochemistry, 37, (47), 16459-16464, 1998.
14 Bartberger, M. D.; Houk, K. N.; Powell, S. C.; Mannion, J. D.; Lo, K. Y.; Stamler, J. S.; Toone, E. J.;
3 Chan13 refinou os dados de raio-X e mostrou que a densidade eletrônica da SNO-Cys98(F9) pode não se ajustar a um modelo planar de S-Nitrosotióis,
uma vez que os resultados apresentaram ângulos diedros entre 70 e 90° para SNO-Cys93(F9) 1 e SNO-Cys93(F9) 2, respectivamente (Figura 2).
A explicação dada pelos autores para o resultado obtido é a formação de um nitrogênio radical, Cys-S-N.-OH, estabilizado por ligações de hidrogênio
com valina (VAL98). Esse tipo de radical já havia sido proposto como intermediário de reações entre NO e tióis15.
Figura 2 - Estrutura cristalográfica proposta para C-S-N-O na S-nitrosoproteína [distâncias em angstroms e ângulos diedros (vermelho) em graus].
Recentemente, estudos teóricos DFT-B3LYP foram realizados com o objetivo de comparar a estabilidade de S-Nitrosotióis, R-S-NO, com os radicais de nitrogênio, R-S-N.-OH, e os tionitróxidos, R-S-NH-O.16 (Figura 2).
O S-Nitrosotiol, MeSNO apresentou duas conformações estáveis, cis 1 e trans 2, sendo o confôrmero cis mais estável (ca. 12 kcal.mol-1) (Figura 3). O caráter de ligação de dupla de S-N pode ser observado pelos valores do comprimento da ligação que variaram de 1,79 a 1,80 Å.
15 Gow, A. J.; Buerk D. G.; Ischiropoulos, H.;
J. Biol. Chem., 272, (5), 2841-2845, 1997.
16 Montgomery, J. A.; Frisch, M. J.; Ochterski, J. W.; Petersson, G. A.;
4 No caso do radical R-S-N.-OH a conformação mais estável apresentou uma geometria planar trans, (Figura 3.3). Duas outras conformações não planares de energia mais alta foram também observadas para esse radical conforme mostra a Figura 3.
Para o tionitróxido radical, R-S-NH-O, a geometria da conformação 4
(mais estável) mostrou um valor de 72° para o diedro C-S-N-O e uma estabilidade ca. 3 kcal.mol-1 na fase gasosa em relação ao nitrogênio radical.
Assim os autores sugerem a possibilidade de formação de tionitróxidos radicais em sistemas biológicos envolvendo proteínas com a presença de cisteína.
Figura 3 - Curva de Superfície de Potencial de R-S-NO, R-S-N.-OH e R-S-NH-O. (R= Me), calculada a nível B3LYP/6-31G*; conformações de energia mínima e estados de transição otimizados pelo método CBS-QBC.
5 estudos dos tióis (1-4) e os 2-acetamido-3-metil-nitrosossulfanil-N-arilbutanamida, série de estudos dos S- nitrosotióis (5-8) (Figura 4), e as interações eletrônicas e orbitalares que podem estabilizar as conformações e suas preferências.
1 X= H Y=H Z=H 2 X= Cl Y=H Z=H 3 X= H Y=Cl Z=H 4 X= H Y=H Z=OMe
5 X= H Y=H Z=H 6 X= Cl Y=H Z=H 7 X= H Y=Cl Z=H 8 X= H Y=H Z=OMe
C
S
NHAc
H
N
O
ON
X
Y
Z
C
SH
NHAc
H
N
O
X
Y
Z
6
2 OBJETIVO
O objetivo principal deste projeto é o estudo dos diversos fatores e dos vários tipos de interações que regem a estabilidade das conformações moleculares dos S-nitrosotióis 2-acetamido-3-metil-3-nitrosossulfanil-N-arilbutanamidas (I) e seus tióis precursores (2– acetamido-3-mercapto-3-metil-N-arilbutanamidas, II), e são responsáveis por suas propriedades macroscópicas.
A estrutura desses compostos se assemelha a da S-nitroso-N-acetilpenicilamina (SNAP, III), um potencial doador de óxido nítrico.15
C
S NHAc
H N
O ON
Y
I
C
SH NHAc
H N
O Y
II
C
S
NHAc OH
O ON
III
Para isso, analisamos o comportamento conformacional dos compostos em estudo e posteriormente o estudo das interações presentes nas conformações mais estáveis e sua influência nas medidas experimentais de RMN e IV.
7 (1) Estudo da estabilidade relativa das possíveis conformações dos tióis intermediários dos S-nitrosotióis para a obtenção das populações dos confôrmeros mais estáveis e das suas energias correspondentes, através de cálculos teóricos (método B3LYP).
(2) Preparação dos tióis e S-nitrosotióis
(3) Estudos de análise conformacional realizados através de dados espectroscópicos no infravermelho e de RMN, apoiados pelos cálculos teóricos.
8
3 REVISÃO BIBLIOGRAFICA
3.1 Análise Conformacional
A análise conformacional17 virou foco de estudo a partir 1890 com o trabalho de Sache, até que em 1950 foi divulgado o trabalho de Barton, (ganhador do prêmio Nobel em 1969, junto com Hassel, devido ao pioneirismo em análise conformacional).
As ideias de Barton foram prontamente aceitas resultando na rápida ampliação dos conhecimentos nesta área. Como consequência, há diversas décadas o tema análise conformacional tornou-se parte integral da química e faz parte de praticamente todos os livros de Química Orgânica, sendo essencial para a compreensão da estereoquímica, mecanismos de reação e reatividade de compostos orgânicos.
O termo conformação foi criado por Hawort18 em 1929, e pode ser definido como o arranjo ao redor de todas as ligações sigma conforme definido pela magnitude e sinal de todos os ângulos diedros. Portanto, diferentes conformações diferem no ângulo diedro ao redor de uma ou mais ligações. Uma conformação pode ser descrita exatamente especificando a magnitude e o sinal dos ângulos diedros, ou ainda pode ser descrita aproximadamente por intervalos de ângulos. Um sistema de classificação bastante apropriado é o de Klyne e Prelog19,20, que pode ser resumido conforme a Tabela 1 e Figura 5.
17 Juaristi, E.
Conformacional behavior of six-membered rings: analysis, dynamics and stereochemical effects, VCH Publisher, Inc., New York, 1-20, 1995.
18 Eliel, E. L.
J. Chem. Educ., 762, 1975.
19 Klyne, W.; Prelog, V.
Experientia, 16, 521, 1960.
20 Eliel, E. L.
9
Tabela 1-Especificação do ângulo de torção segundo Klyne e Prelog.
Ângulo de Torção Designação Símbolo
-30 até +30° sin-periplanar spa
+30 até +90° + sin-clinal +sc
+90 até +150° + anti-clinal +ac
+150 até -150° anti-periplanar ap
-150 até -90° - anti-clinal -ac
-90 até -30° - sin-clinal -sc
a A designação
sin ou eclipsada são sempre usadas para ângulo diedro ~0°; A designação gauche é frequentemente usada para ângulo diedro ~60° a 90°; A designação anti é sempre usada para ângulo diedro ~180°.
Figura 5 –Especificação do ângulo de torção (Klyne-Prelog)
As diferenças nos ângulos das diferentes conformações influenciam as interações que ocorrem na molécula. As interações podem ocorrer através do espaço, através das ligações, ou as vezes pela combinação das duas21. Independentemente do tipo interação, existe uma forte magnitude da interação em relação à orientação do fragmento doador e receptor de elétrons22,23. Os resultados destas interações são sempre chamados estereoeletrônicos, uma descrição que
21 Hoffman, R.
Acc. Chem. Res. 4(1), 1, 1971.
22 Kirby, A. J.
Stereoelectronic Effects, Oxford University Press Inc., New York, 14, 1996.
23 Thatcher, G. R. J.
10 reflete sua base eletrônica e reconhece a dependência em relação à estereoquímica.
O espectro na região do infravermelho mostra inicialmente uma mistura de confôrmeros, onde as intensidades relativas das bandas serão proporcionais à população de cada confômero. Por exemplo, em uma mistura de dois confômeros A e B a constante de equilíbrio será K=cA/cB e as intensidades A
A = αAcAl e AB = αBcBl, onde α é a absortividade molar, c são os valores de concentração e l é o
comprimento da cela (caminho óptico). Ao substituirmos as concentrações na equação de equilíbrio, a partir das equações de intensidade, temos K=AA A/AB B. Então, a razão AA/AB pode ser calculada pelo espectro, sendo então possível atribuir a banda à respectiva conformação.
A utilização da banda de estiramento da carbonila no estudo conformacional, admitindo-se que o coeficiente de absorção é igual para os diferentes confôrmeros tem fornecido resultados plenamente concordantes com os resultados de outras técnicas espectroscópicas, especialmente ressonância magnética nuclear, e indica que a aproximação é perfeitamente válida.
Juntamente com os dados experimentais, os cálculos teóricos realizados por programas computacionais para descrever o comportamento dos confômeros é uma ferramenta importante na elucidação do estudo conformacional. Estes estudos teóricos visam obter as conformações mais estáveis da molécula isolada (ou no estado gasoso) e, consequentemente, a estereoquímica.
11 estudo. É importante salientar que havendo a concordância dos dados experimentais com os dados de cálculos teóricos ou computacionais, obtém-se a informação de todas as propriedades e um modelo muito eficaz é identificado.
Existem duas áreas dentro da Química Computacional voltada somente para o estudo de moléculas, são elas a da mecânica molecular (que utiliza as leis da física clássica para prever as estruturas e as propriedades das moléculas) e a da estrutura eletrônica (que se utiliza de mecânica quântica).
O método da estrutura eletrônica subdivide-se em ab initio, semi-impírico e métodos híbridos.
No método ab initio24, o mais comum é o Hartee-Fock (HF)25,26. O método ab initio é diretamente derivado de princípios teóricos, sem a participação de dados experimentais. Neste método cada elétron é representado por uma função de onda que só depende das coordenadas daquele elétron, ou seja, aproximação de orbitais. A probabilidade de se encontrar um elétron em um dado ponto da vizinhança de um núcleo não é determinada pela posição em relação aos outros elétrons e sim em relação ao núcleo. Um certo elétron interage somente com o campo médio dos outros elétrons, mas não se considera as interações instantâneas entre esses elétrons.
Um problema limitante para os cálculos realizados com a utilização do método HF é que estes não incluem correlação eletrônica, o que significa que o método HF leva em consideração o efeito médio da repulsão eletrônica, mas não a interação direta entre os elétrons.
24 Foresman, J. B.; Frisch, Æ.,
Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, 2 ed.; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, 1996.
25Young, D.
Computational Chemistry, John Wiley & Sons: New York, 2001.
26 Fock, V.
12 Outros métodos foram desenvolvidos para o cálculo de energia de correlação eletrônica, sendo que a maioria deles utiliza parte do resultado obtido pelo HF e sobre ele realizam-se correções. Dentre estes podemos citar a Teoria do Funcional de Densidade (DFT- Density Functional Theory).
Os cálculos DFT27 são cálculos teóricos que tratam da descrição mecânico-quântica de sistemas atômicos e moleculares em termos de densidade eletrônica. O método conhecido como B3LYP28,29é um método híbrido que uniu os métodos de Hartree-Fock e DFT. A sigla B3LYP identifica o uso do funcional de troca-correlação de Becke no qual está incluído o funcional de correlação desenvolvido por Lee, Yang e Parr. O número três vem do uso de três parâmetros empíricos utilizados para compor o funcional. Por utilizar esses parâmetros empíricos, é comum não classificar o método B3LYP como ab initio.
Nas últimas décadas os estudos de cálculos teóricos puderam elucidar muitas propriedades de moléculas de interesse dos químicos, porém levava-se em consideração moléculas na fase gasosa. Já na década de 90 houve um grande aumento de estudos de modelos para descrever o efeito do solvente nas moléculas estudadas. O mais simples dos modelos de solvatação é o de Onsager30,31 que se baseia na interação do dipolo do soluto com o campo elétrico do solvente. O dipolo molecular induz um campo elétrico no solvente, que, por sua vez, interage com o soluto e causa estabilização. Por essa razão, diz-se que este é um modelo de campo de reação. Em sua forma atual, a energia obtida pelo modelo de Onsager é calculada de forma auto consistente (SCF), ou seja, o efeito do campo elétrico sobre
27 Cramer, J. C.
Essentials of Computational Chemistry, John Wiley & Sons: Cornwall, 2003.
28 Becke, A. D.
J. Chem. Phys., 1993, 98, 1372.
29 Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G.
Phys. Rev. B, 37, 785, 1988.
30 Onsager, L.
J. Am. Chem. Soc., 58, 1486, 1936.
31 Wong, M. W.; Wiberg, K. B.; Frish, M. J.,
13 a energia molecular é incluído no Hamiltoniano eletrônico e participa do processo SCF. A maior limitação do método de Onsager é a forma da cavidade molecular. O soluto é colocado em uma cavidade esférica, fora da qual se localiza o contínuo caracterizado pela constante dielétrica e uma cavidade esférica é uma aproximação razoável apenas para moléculas pequenas. Em isomerização rotacional, a forma molecular, particularmente o volume, não se modifica muito e pode-se contar nestes casos com um cancelamento de erros. Outra limitação é a consideração apenas do momento de dipolo, mas esta é mais branda do que a forma da cavidade.
O modelo do contínuo polarizável (PCM, polarizable continuum model)32,33 melhora bastante as duas limitações que citamos para Onsager. A cavidade do soluto é definida pela junção de um conjunto de esferas de tamanhos diferentes. Além disso, nas fronteiras da cavidade situa-se um elevado número de cargas pontuais que se adaptam, durante os cálculos, de forma a melhor reproduzirem o campo de resposta do solvente induzido pelo soluto. O tratamento desse modelo é equivalente a considerar todos os momentos elétricos da molécula.
A estrutura eletrônica das moléculas pode ser analisada pela teoria NBO34,35, Natural Bond Orbitals, que localiza os orbitais canônicos e os transforma em orbitais de centro, orbitais de ligação, orbitais internos e de pares isolados, de acordo com a visão de estrutura química de Lewis. Ainda são encontrados os orbitais de Rydberg, difusos, quando a função de base é maior que a base mínima. Os (NBO)s são compostos de orbitais naturais híbridos, (NHOs), os quais são combinações lineares de orbitais atômicos naturais(NAOs) em um dado centro. A transformação geral para
32
Tomasi, J.; Persico, M., Chem. Rev.94, 201, 1994.
33 Miertus, S.; Srocco, E.; Tomasi, J.,
Chem. Phys. 55, 117, 1981.
34 Carpenter, J. E.; Weinhold, F.
J. Mol. Struct. 169, 41, 1988.
35 Reed, A. E.; Curtiss, L. A.; Weinhold, F.
14 orbitais naturais de ligação também conduz à formação de orbitais antiligantes, formalmente desocupados. A teoria NBO fornece ferramentas para analisar transferências de carga de orbitais ligantes para antiligantes, bem como as implicações energéticas associadas.
3.2 S- Nitrosotiós: Atividade Biológica
S-Nitrosotióis são potentes vasodilatadores e inibidores de agregação plaquetárias36,37. Estas atividades e o interesse dessas moléculas como biorreguladores estão certamente associados à sua habilidade de liberação de NO38.
A reação direta da forma original do radical NO, promovendo alteração do substrato, é definida como S-nitrosilação ou nitrosação39. O NO+ e o NO- singlete reage com grupamento sulfidrila (ânion tiolato; tiol) presente em resíduos de cisteínas em proteínas, formando os compostos S-Nitrosotióis (tionitrito) através da reação de S-nitrosilação (RSH + NO → RSNO). O NO+ tem sido considerado como um importante agente nitrosante, que na ausência de um alvo apropriado (p. ex., tiol reduzido), decai para NO2- em meio aquoso. De forma predominante, o NO+ é gerado pela transferência redox entre metal de transição e o NO, e assim, metais como ferro e cobre catalisam a formação de S-Nitrosotióis40.
36 Ignarro, L. J.; Lippton, H.; Edwards, J. C.; Baricos, W. H.; Hyman, A. L.; Kadowitz, P. J.; Gruetter, C. A.;
J. Pharmacol. Exp. Ther., 218, (3), p. 739-749, 1981.
37 Butler, A. R.; Williams, D. H. L.;
J. Chem. Soc. Rev., v. 22, p. 233–241, 1993.
38 Moncada, S.; Palmer, R. M. J.; Higgs, E. A.;
Pharmacol. Rev., v. 43, p. 109-142, 1991.
39 Espey, M. G.; Miranda, K. M.; Thomas, D. D.; Xavier, A. S.; Citrin, D.; Vitek, M. P.; Wink, D. A.;
Ann. N.Y. Acad. Sci., v. 962, p. 195-206, 2002.
40 Wang, K.; Zhang, W.; Xian, M.; Hou, Y. C.; Chen, X. C.; Cheng, J. P.; Wang, P. G.;
15 Os principais mecanismos bioquímicos formadores de S-Nitrosotióis consistem na reação direta do NO-, formação do NO+ e geração de compostos óxidos, como o N2O340. Em compartimentos intracelulares e extracelulares, os S-Nitrosotióis de proteínas, peptídeos e aminoácidos formam estoques bioativos de NO. Em sistemas biológicos, a reação do NO com grupamento tiol livre corresponde à formação de um mecanismo de transporte circulante de NO por longas distâncias41. Assim, os S-Nitrosotióis são considerados como verdadeiros
reservatórios de NO, sendo encontrados no plasma42 e em vários tecidos43. É importante ressaltar que na S-nitrosilação, a reação do NO com grupamento tiol
forma uma ligação covalente reversível. Além disso, a S-nitrosilação de grupamento de cisteína tem sido apontada como um mecanismo redox de modificação pós-translacional de alvos celulares específicos 42. A S-nitrosilação é capaz de alterar funções de diferentes proteínas, como por exemplo, de canais iônicos ligados as membranas celulares de receptores do retículo sarcoplasmático44, incluindo também fatores de transcrição e de moléculas de sinalização45.
Estudos conduzidos com detecção imunohistoquímica mostraram que a S-nitrosilação de proteínas ocorre em diferentes tecidos, decorrente da atividade das três isoformas de NOS. Destaca-se que a contínua atividade da iNOS acarreta a excessiva S-nitrosilação do grupamento heme da hemoglobina e centros reativos contendo tiol, causando a elevação dos níveis de S-Nitrosotióis in vivo. Foram detectados níveis de S-Nitrosotióis superiores aos valores normais, associados à expressão da iNOS, em casos de displasia broncopulmonar, pneumonia e sepse. A
41 Stamler, J. S.;
Cell, v. 78, p. 931-936, 1994.
42 Gaston, B.; Reilly, J.; Drazen, J. M.; Fackler, J.; Ramdev, P.; Arnelle, D.; Mullins, M. E.; Sugarbaker, D. J.; Chee, C.; Singel,
D. J.; et al.; Proc. Natl. Acad. Sci., v. 90, 23, p. 10957-10961, 1993.
43 Nelson, E. J.; Connolly, J.; McArthur, P.;
Biol Cell., v. 95, p. 3-8, 2003.
44 Krumenacker, J. S.; Hanafy, K. A.; Murad, F.;
Brain Res. Bull., v. 62, 6, p. 505-515, 2004.
45 Foster, M. W.; McMahon, T. J.; Stamler, J. S.;
16 diminuição dos níveis de S-Nitrosotióis foi encontrada em condições patológicas como asma, fibrose cística, anormalidade perinatal e hipertensão pulmonar. Alguns dos mecanismos indutores das modificações dos níveis de S-nitrosotóis in vivo estão relacionados com alterações da formação e do metabolismo dos S-Nitrosotióis, variação da expressão dos NOS e outros mecanismos não elucidados46. Após a formação do S-nitrosotiol, o NO incorporado a este composto pode ser transferido para: i) tióis vicinais (i.e. na própria estrutura molecular); ii) tióis livres, como a L-cisteína, glutationa reduzida (GSH) e N-acetilcisteína; ou iii) centros nucleofílicos, através da reação de transnitrosilação (R1SNO + R2S → R2SNO). Em condições de estresse celular, a diminuição dos níveis de tióis reduzidos inibe a reação de transnitrosilação40.
A decomposição dos S-Nitrosotióis ocorre através de clivagem homolítica (R-SNO → RS. + NO.) e heterolítica (R-SNO → RS. + NO- e R-SNO → RS- + NO+), e
como resultado, promove a liberação de NO., NO- e NO+ 47. O efeito biológico do NO tem sido especialmente atribuído à clivagem homolítica da ligação S-NO e a liberação do NO..
O NO derivado a partir das NOS, dos S-Nitrosotióis (endógenos e exógenos, abordados posteriormente) e outros doadores de NO, induz sinalização celular mediada por mecanismo dependente e independente da ligação com o complexo ferro46. Dentre as metaloproteínas reativas ao NO encontram-se a enzima guanilato ciclase, o citocromo P-450 e as próprias NOS. A reação de nitrosilação do grupamento heme da guanilato ciclase resulta na formação do complexo
46 Muller, B.; Kleschyov, A. L.; Alencar, J. L.; Vanin, A.; Stoclet, J. C.;
Ann. N. Y. Acad. Sci., v. 962, p. 131-139, 2002.
47 Arnelle D. R.; Stamler J. S.;
17 nitrosil e na ativação da enzima46. A guanilato ciclase ativada produz o GMPc (monofosfato cíclico de 3'-5'-guanosina), um segundo mensageiro responsável por funções regulatórias como o vasorelaxamento, a motilidade da musculatura lisa, a fototransdução e a neurotransdução na retina46.
Por sua vez, a atividade do GMPc é regulada pela atividade de fosfodiesterases que degradam este segundo mensageiro. Dados da literatura apontam a existência de duas classes de guanilato ciclase que geram GMPc, a partir da conversão do trifosfato de guanosina (GTP), as quais foram identificadas como a guanilato ciclase particulada e a guanilato ciclase solúvel48. A nitrosilação dependente de NO da guanilato ciclase pode elevar os níveis de guanilil mono fosfato cíclico (cGMP) intracelular, ativando proteínas quinases G dependentes de cGMP (PKG). Conseqüentemente, tem sido sugerido que a fosforilação de proteínas é um mecanismo através do qual a ativação da guanilato ciclase solúvel pelo NO poderia mediar à sinalização celular dependente de PKG.
O NO atua como um modulador da angiogênese49. Fatores angiogênicos induzem a liberação de NO em células endoteliais envolvidas na angiogênese. Esses processos modulados por NO incluem sobrevivência, proliferação, migração e interação com a matriz extracelular (MEC). É sabido que descontroles na via da NOS podem prejudicar a angiogênese. Além disso, em células endoteliais, NO/cGMP ativam a via de sinalização Ras-ERK1/2 MAP quinases, observando-se estímulo na atividade do receptor de EGF e da fosforilação de proteínas em resíduos de tirosina49.
48 Lucas, K. A.; Pitari, G. M.; Kazerounian, S.; Ruiz-Stewart, I.; Park J.; Schulz, S.; Chepenik, K. P.; Waldman, S. A.;
Pharmacol. Rev., v. 52, 3, p. 375-414, 2000.
49 Monteiro, H. P.; Silva, E. F.; Stern, A.;
18
3.3 Análise conformacional de amidas
A análise conformacional de amidas é descrita na literatura, principalmente, com a utilização de dados de RMN de 1H ou 13C.
Sabe-se que as amidas apresentam uma conjugação entre o par de elétrons não ligado do nitrogênio e a carbonila resultando, assim, em estruturas de ressonância (Figura 6 A e B). Todavia, uma terceira estrutura (Figura 6 C) foi proposta por Wiberg et. al.50 baseando-se na comparação de dados de densidade eletrônica de C, N, O em amidas planares e torcidas.
Figura 6 –Estruturas possíveis de ressonância para a carbonila amídica.
Ciente de que as estruturas B e C contribuem preferencialmente para o híbrido de ressonância de amidas, Tormena3 diz que o grupo carbonila nas amidas é melhor descrito pela estrutura dipolar C+―O-.
Estas estruturas de ressonância trazem algumas consequências como: a não equivalência magnética e geométrica dos substituintes do nitrogênio e, ainda, uma grande barreira rotacional entre a ligação C(O)―NR2.
Levando-se em conta a consequente não equivalência dos grupos ligados ao nitrogênio amídico, La Planche e Rogers51 realizaram o estudo de Ressonância
50 Wiberg. K. B.; Breneman, C. M.; Liebman, J. F. (Eds.).
The Amide Linkage: Structual Significance in Chemistry. Biochemistry and Materials Science. Wiley. New York. 2002.
51 LaPlanche, L. A.; Rogers, M. T.,
19
R1 O
N
R2 (A)
R3 (B) R1
O
N R2
R3
R1 O
N H
R2 (A) R1
O
N
R2 (B)
H
Confôrmero Trans Confôrmero Cis
Magnética Nuclear tendo em vista o equilíbrio entre as conformações cis/trans em amidas N,N-dissubstituídas não simétricas (onde R2≠ R3) em solução (Figura 7).
Figura 7 – Estrutura das amidas N, N-dissubstituídas não simétricas estudadas por La Planche e Rogers.
Os dados revelaram a predisposição de grupos volumosos ligados ao nitrogênio preferirem ocupar a posição cis ao oxigênio quando R1 = H. Já quando R1 for um grupo maior que H, e.g. alquila, esta tendência é atenuada (Figura 8). Segundo os autores, isto se deve a um efeito estérico entre os grupos alquila (ligados ao nitrogênio amídico e ao carbono carbonílico) e, portanto, uma maior atenuação na proporção do confôrmero cis ao oxigênio. Isto é evidenciado no composto N-isopropil- N-metilacetamida52,53.
Figura 8 –Proporções para os confôrmeros trans (A) e cis (B) para diversas amidas não simétricas
52 A conformação onde o grupo isopropil se apresenta
cis ao oxigênio carbonílico é de 58%; Stewart, W.E.; Siddall III, T. H.; Chem. Rev.70 (5), 517, 1970.
53 Laurine, A., LaPlanche, L.A., Rogers , M.T.,
20 H O N Ph Et H O N Et Ph
Conformação Cis
5%
ConformaçãoTrans
95%
Todavia, o estudo realizado por Bourn54 relata que a proporção isomérica da N-etil formanilida em solução apresenta 95% exo (onde o grupo fenila se apresenta trans ao oxigênio carbonílico) e 5% endo (onde o grupo fenila se apresenta cis ao oxigênio) (Figura 9). Isto não corrobora com os dados apresentados por La Planche e Rogers51. A explicação para tal fato é proveniente de fatores que devem ser levados em consideração para se determinar a distribuição isomérica neste caso, tais como: (a) conjugação entre o grupo fenil-amida; (b) ligação de hidrogênio intramolecular entre o hidrogênio do grupo formila e a nuvem eletrônica π e (c) repulsão π-π entre o grupo fenila e o grupo carbonila. Tais efeitos, se presentes, podem estabilizar a forma exo ou trans52.
Figura 9 –Confôrmeros obtidos da N-etil formanilida nas formas exo (95%) e endo (5%).
Alguns trabalhos sobre análise de amidas utilizando-se a espectroscopia no infravermelho para a banda da carbonila são encontrados na literatura. Dentre eles
podemos citar a análise de N,N-dietilacetamidas-α-heterossubstituídas55, N, N-dietil-α-alquiltioacetamidas-4’-substituídas56, N,N-dietil-2-feniltioacetamidas-4’
-substituídas6 e suas formas mono- (sulfóxidos correspondentes)57 e di-oxigenadas
54 Bourn, A. J. R.; Gillies, D. G.; Randall, E. W.,
Tetrahedron, 22. 1825, 1966.
55 Martins, M. A. P., Rittner, R., Olivato, P. R;
Spectroscopy Letters,14(7), 505, 1981.
56 Oike, F;
Tese de Doutoramento,Universidade de São Paulo, Instituto de Química, 1992.
57 Olivato, P. R., Vinhato, E., Rodrigues, A., Zukerman-Schpector, J., Rittner, R., Dal Colle, M.;
21 (sulfonas correspondente) variando os substituintes de atraentes a doadores de elétrons.
Para o caso das N, N-dietilcetamidas-α-heterossubstittuídas55
[X-CH2C(O)N(CH2CH3)2 onde X= H, OCH3, N(CH3)2, Cl, Br, SCH3, SCH2CH3, I] os autores puderam observar que a banda de CO apresentava-se como um dubleto contendo um componente de maior frequência que fora atribuído ao confôrmero cis e outro componente de menor frequência atribuído ao confôrmero gauche (Figura 10). As populações relativas aos confôrmeros cis/gauche variavam com o substituinte embora, em solventes de baixa polaridade, o confôrmero gauche seja o privilegiado populacionalmente e em solventes de alta polaridade o confôrmero preponderante é o cis. Isto é decorrente, segundo os autores, da interação orbitalar *CO / C-X (efeito hiperconjugativo), na conformação menos polar, a gauche, que a torna muito estável. Já na conformação mais polar, cis, há um efeito de campo repulsivo que a instabiliza ou não, dependendo do substituinte α-X (por exemplo, dependendo do volume do substituinte e/ou a polaridade da ligação C-X) (Figura 10).
22 No trabalho realizado por Oike56 em N, N-dietilacetamamidas-α-alquiltio substituídas e seus respectivos sulfóxidos e sulfonas [EtS(O)nCH2C(O)N(Et)2] sendo n=0, 1 e 2 respectivamente] o autor, utilizando dados de CO e cálculos de Mecânica Molecular, observou a presença de quatro confôrmeros para os sulfetos, seis confôrmeros para os sulfóxidos e quatro confôrmeros para as sulfonas.
O autor descreve que os dados de deslocamento de frequência no IV ( CO) para as amidas citadas, em relação à amida de referência [CH3C(O)N(Et)2], são sempre negativos, ou seja, a frequência do composto é sempre menor que a da amida de referência. Decorrente deste fato pôde-se determinar, através efeito do substituinte na banda de CO, que a amplitude deste deslocamento na banda de CO seguiu a ordem SOR (sulfóxido)≈SR (sulfeto) > SO2R (sulfona). Utilizando os dados acima e sabendo que para os sulfetos os quatro confôrmeros são gauche, os autores concluíram que a interação hiperconjugativa *CO / C-X é mais importante do que a interação C-X CO (Figura 11).
Os dados de UV para a série corroboraram as conclusões propostas, pois foi observado um efeito batocrômico na banda n * em relação à amida de referência (não substituída) em n-hexano e metanol. Estes dados indicaram a estabilização do orbital *CO por hiperconjugação com o orbital C-S, originando, assim, uma diminuição na energia de transição n *.
23
O
C
N H
SR O
C
N H
SR
CO
C-S *
CO
C-S
*CO/ C-S *C-S/ CO
Figura 11 – Interações estabilizantes para os confôrmeros gauche derivados da N, N -dietilacetamidas-α-alquiltio substituída.
Decorrente do menor deslocamento da banda CO ( CO) para as sulfonas, os autores concluíram que as interações acima relacionadas para os sulfetos e sulfóxidos estariam presentes em menor intensidade nas sulfonas.
Os dados de RMN 13C concordam com os dados de IV, pois o deslocamento químico para o carbono carbonílico nas três séries estudadas apresenta, em relação ao composto de referência, um efeito e blindagem seguindo-se a ordem SO2R> SOR >SR. Os autores atribuíram esse resultado ao efeito indutivo do grupo relacionado (sulfona, sulfóxido e sulfeto).
24 gauche (novamente, a diferenciação está na orientação das metilas em sin e anti) sendo este o mais estável.
Segundo os autores, o confôrmero cis tem maior estabilidade por apresentar uma interação Coulômbica e de transferência de carga O
-SO...C +CO e uma interação eletrostática entre O
-CO...H+orto-Ph. Já a conformação gauche apresenta uma nteração frac a ientre O-SO ...C +CO (Figura 12).
A presença de uma única banda simétrica de CO corresponde ao par de confôrmeros cis, sendo estes os mais polares e mais estáveis.
Figura 12 – Interações presentes nas conformações cis e gauche para os derivados N,N-dietil-α -fenilssulfinilacetamidas para-substituídas
Os autores descrevem que os compostos da série apresentam um abaixamento de frequência em relação ao composto de referência N,N-dietilacetamida, de 11cm-1. Isto corrobora com a proposta de que para os confôrmeros cis há uma interação Coulômbica e de transferência de carga O -SO ...C +
CO e uma interação eletrostática entre O -CO ...H +orto-Ph.
25 Por fim, a análise conformacional de N,N-dietil-α-fenilssulfonilacetamidas para-substituídas58 no IV indicou, após o tratamento computacional de deconvolução da banda de CO, um dubleto em solventes de baixa polaridade, sendo o componente de menor frequência o de maior intensidade e, em solventes de maior polaridade, a mesma apresentava-se com uma única banda referente ao
componente de maior frequência. Os dados de cálculo HF/6-31G** para a N,N-dietil-α-fenilssulfonilacetamida revelaram a existência de quatro confôrmeros
gauche: dois confôrmeros referentes à gauche1, referente ao ângulo OCO-CCO-C-SSO2
com valores positivos de ca. 81o, um sin e outro anti (um referente às metilas do grupo N-etilamido em anti e outro em sin) e dois gauche2, referentes ao ângulo
OCO-CCO-C-SSO2 com valores negativos de ca. -65o um sin e outro anti (um referente às metilas do grupo N,N-dietilcarboxamido em anti e outro em sin). Os dados de cálculos revelaram que os confôrmeros gauche1 (sin e anti) apresentavam um
momento de dipolo = 2,8D e os dois confôrmeros gauche2 um momento de dipolo
= 3,7D.
Os autores concluíram, utilizando os dados de IV e momento de dipolo, que o componente de maior frequência correspondia aos confôrmeros gauche2 e ao
componente de menor frequência aos confôrmeros gauche1. Os dados de distância
interatômicas para o confôrmero gauche1 indicam uma intensa interação orbitalar de
transferência de carga O-SO2 ...C +CO e uma pequena interação Coulômbica entre O-SO2... C +CO. Já o confôrmero gauche2 apresenta também intensa interação
orbitalar de transferência de carga O-SO2 ...C+CO e uma interação Coulômbica entre O
-SO2... C +CO. Contudo, esta interação confere ao confôrmero uma
58Vinhato, E.; Olivato, P. R., Rodrigues, A.; Zukerman-Schpector, J., Dal Colle, M.;
26 proximidade entre os oxigênios carbonílico e sulfonílico, apresentando este confôrmero um Efeito de Campo Repulsivo O
-CO... O SO2 (Figura 13). Isto corrobora os dados de CO, pois este efeito aumenta a frequência da carbonila como citado anteriormente. Este fato foi ainda comprovado com o cálculo de CO onde o deslocamento de frequência para o confôrmero gauche1 é sempre discretamente
negativo em relação à N, N-dietilacetamida (amida de referência) e para o confôrmero gauche2 sempre positivo relativo à mesma amida de referência. Estes
dados reforçam, assim, a proposta de um efeito de transferência de carga O -SO2... C+CO no confôrmero gauche1 o qual diminui a ordem de ligação da carbonila e para
de um Efeito de Campo Repulsivo para o confôrmero gauche2 que aumenta a ordem
de ligação da carbonila.
27
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Estudo Conformacional das 2-Acetamido-3-Mercapto-3-Metil-N -Arilbutanamidas
Na Tabela 2 são relatados os valores relativos de energias, momento dipolar, ângulos diedros e porcentagem de cada confôrmero das 2– acetamido-3-mercapto-3-metil-N-arilbutanamidas (1-4, estrutura I), contendo diferentes grupos e posição de substituição no anel aromático, obtidos por cálculos DFT-B3LYP/6-311+G(2df,2p).
Nas Tabelas 3 e 4, encontram-se os valores das cargas de Mulliken e de distâncias intermoleculares de átomos selecionados para esses compostos, respectivamente. Os resultados dos cálculos teóricos indicam que, em fase gasosa, existem duas conformações estáveis para essa série de compostos, sendo denominados trans e cis em relação ao ângulo diedro (O-C-N-C do grupo acetila).
C H3C
H3C
SH HN
H N
O CH3
O
Y
Y= H, p-MeO, o-Cl e m-Cl
(I)
A 2–acetamido-3-mercapto-3-metil-N-fenilbutanamida, composto 1a (Y=H), apresentou duas conformções trans, sendo a trans1 mais estável (energia de 0
kJmol-1 ) e menos polar (1,75 D) e a menos estável trans2 (energia de 8,9 kJmol-1 ) e
28 gauche-trans (Figura13), em relação aos grupos fenilamida e acetamida, respectivamente.
H
C SH HN
CH3 H3C
O
N H Ar
C O
CH3
C H
N SH H
CH3 H3C
C H3C
O N
H Ar O
gauche/gauche gauche/trans
(II) (III)
Figura 13 –Conformações das 2–acetamido-3-mercapto-3-metil-N-fenilbutanamidas (1-4), otimizadas em nível DFT-B3LYP/6-311+G(2df,2p), em relação à ligação C-C-C-S.
Analisando os valores de cargas dos átomos e das distâncias interatômicas nas Tabelas 2 e 3 podemos inferir que a estabilidade das conformações trans1 (II) e
trans2 (III) para o composto 1 se deve, principalmente, as interações eletrostáticas e
29
Tabela 2 - Energia Relativa (E), população relativa (%), momento dipolar ( /D) e ângulos diedros selecionados para os diferentes confôrmeros das 2–acetamido-3-mercapto-3-metil-N-arilbutanamidas (1-4) obtidos a partir do cálculo DFT-B3LYP/6-311+G(2df,2p).
Ângulos Diedros/d,e Comp R1 R2 R3 Conf.a bE cP (%) D
1 H H H trans1 0 86,7 1,75 -178,34 108,27 -72,39 -72,39 51,18 172,33 -19,48 -88,99 179,22 1,86
trans2 8,90 3 2,19 -166,92 102,44 -173,35 -44,50 -57,22 66,29 -23,35 -80,44 -179,33 13,66
2 Cl H H cis 0 97,7 3,15 10,28 102,55 -170,39 -77,88 -56,23 67,39 -132,82 103,83 -178,14 -170,75
trans 9,3 2,3 3,03 174,96 -106,15 73,85 74,27 -170,91 -49,84 21,74 90,71 179,80 -5,30
3 H Cl H trans1 0 99,1 3,70 -1,22 156,74 -168,01 -24,50 69,25 -54,99 -76,35 85,63 175,90 178,40 trans2 11,67 0,9 2,90 9,03 -62,02 73,69 120,38 -165,19 -44,11 69,41 120,48 -177,77 -171,14
4 H H OMe cis 0 100 2,70 -1,63 157,95 71,42 -23,23 -172,58 -52,23 -75,29 85,32 176,08 178,28
aAtribuição da Conformação em relação ao ângulo diedro benergia relativa em kJ.mol-1; cpopulação relativa de cada confôrmero em porcentagem; d =, C(5)-N(10)-C(11)-O(12) , = N(2)-C(3)-C(5)-C(6) , = C(3)-C(5)-C(6)-S(7) , = O(4)-C(3)-C(5)-C(6), = C(3)-C(5)-C(6)-C(8), = C(3)-C(5)-C(6)-C(9), N(2)-N(10), = C(3)-C(5)-N(10)-C(11), = C(1)-N(2)-C(3)-O(4) e = C(5)-N(10)-C(11)-C(13), eO sinal negativo refere-se a definição do ângulo torsional no sentido horário e positivo no sentido anti-horário. = C(5)-N(10)-C(11)-O(12) = N(2)-C(3)-C(5)-C(6) = C(3)-C(5)-C(6)-S(7) = O(4)-C(3)-C(5)-C(6) C(3)-C(5)-C(6)-C(8) = C(3)-C(5)-C(6)-C(9) N(2)-C(3)-C(5)-N(10) C(3)-C(5)-N(10)-C(11) = C(1)-N(2)-C(3)-C(5) = C(5)-N(6)-S(7)-O(8) 1 2 3 4 5 6 7 8
9 10 11
30
Tabela 3 - Cargas (e) de átomos selecionados obtidas por cálculo ab initio DFT-B3LYP/6-311+G(2df,2p) para os confôrmeros das 2– acetamido-3-mercapto-3-metil-N-arilbutanamidas (1-4) (o sinal negativo indica excesso de carga negativa).
Comp R1 R2 R3 Conf.a O(4)C=O C(3) N(2)N-H O(12)C=O C(11) N(10)N-H C(6) SS-H C(13) C(9) C(8) C(5) C(1’)
1 H H H trans1 -3,70 -0,165 0,015 -0,415 0,079 -0,290 0,962 -0,598 -0,166 -0,462 -0651 -0,073 0,117
trans2 -0,374 -0,173 0,122 -0,402 0,051 -0,214 1,033 -0453 -0,159 -0,646 -0,632 -0,190 -0,019
2 Cl H H cis -0,412 -0,89 0,195 -0,195 0,264 -0,017 1,455 -0,542 -0,309 -0,684 -0,726 -0,602 -0,051 trans -0,362 -0,075 0,042 -0,412 0,062 -0,245 0,963 -0,620 -0,169 -0,635 -0,457 -0,070 -0,019
3 H Cl H trans1 -0,422 -0,141 -0,006 -0,421 0,210 -0,108 1,103 -0,525 -0,311 -0,721 -0,626 -0,065 -0,468 trans2 -0,370 -0,88 0,053 -0,394 0,264 -0,080 1,186 -0,678 -0,293 -0,581 -0,564 -0,469 0,008
4 H H OMe cis -0,455 0 -0,043 -0,439 0,247 -0,045 0,991 -0,645 -0,319 -0,650 -0,537 -0,240 0,212
aAtribuição da Conformação em relação ao ângulo diedro
1 2 3
4 5 6 7
8
9 10 11
1´
2´
R3 R2 R1 NH H N
O
O SH
12
31
Tabela 4 - Distâncias Interatômicas selecionadas, obtidas por cálculo ab initio DFT-B3LYP/6-311+G(2df,2p), para os confôrmeros das 2–acetamido-3-mercapto-3-metil-N -arilbutanamidas (1-4) e os valores da soma dos raios de van der Waals relevantes.
aAtribuição da conformação; b Soma dos raios de Van der Waals = 3,10 Å;c Soma dos raios de Van der Waals=3,35 Å; d Soma dos raios de Van der Waals = 2,75 Å; e Soma dos raios de Van der Waals=3,00 Å; f Soma dos raios de Van der Waals=2,72 Å;b,c,d,e,f Refere-se a diferença entre a distância interatômica e a soma dos raios de Van der Waals.
= (Raio de Van der Waals)-(Raio entre dois átomos)
A A’ B B’ C C’ D D’ E E’ F F’ G G’ H H’ I I' J J'
Comp R1 R2 R4 Conf.a N2..N10 lb S7..N2 lc N10..H2 ld N10..H8 ld S7..H10 le S7..N10 lc O4..H1’ lc O4..H9 lc O4..H8’ ld O12..H5’ ld
1 H H H trans1 2,74 0,36 3,13 0,22 2,23 0,52 2,61 0,14 2,64 0,36 3,69 -0,34 2,24 0,48 2,45 0,27 - - - -
trans2 2,73 0,37 3,04 0,31 2,20 0,55 2,82 -0,07 2,56 0,44 4,93 -1,58 2,40 0,32 3,26 -0,54 - - - -
2 Cl H H cis 3,50 -0,40 3,24 0,11 3,65 -0,9 4,16 -1,41 3,82 -0,82 4,89 -1,54 2,20 0,52 2,54 0,18 - - 2,31 0,41
trans 2,75 0,35 3,12 0,23 2,25 0,5 2,61 0,14 2,69 0,31 3,12 0,23 2,20 0,52 2,49 0,23 - - - -
3 H Cl H trans1 3,01 0,09 3,21 0,14 2,78 -0,03 2,75 0 3,45 -0,45 5,10 -1,75 2,22 0,50 2,47 0,25 2,40 0,32 2,43 0,29
trans2 3,01 0,09 5,0 -1,65 2,90 -0,15 2,74 0,01 3,18 -0,18 3,26 0,09 2,23 0,49 3,15 -0,43 4,63 -1,92 2,35 0,37
32 Pode-se afirmar também, que a maior estabilidade do confôrmero trans1 em
relação ao trans2 se deve a ligações de hidrogênio intrarmoleculares entre o
nitrogênio negativo do grupo acetila e um dos hidrogênios de um dos grupos metilas, N
-Ac(10)....H +Me(8) e entre o oxigênio carbonílico do grupo fenilarila e um do hidrogênios do outro grupo metila, O
-CO-NAr(10)....H +Me(9), que só existem na primeira conformação (Figura 14).
Figura 14 – Conformação mais estável do composto 1, trans1, otimizada por cálculos
DFT-B3LYP/6-311+G(2df,2p), mostrando as ligações de hidrogênio intrarmoleculares (vermelho) que estabiliza essa conformação em relação à menos estável trans2 .
Para a 2–acetamido-N-(2-clorofenil)-3-mercapto-3-metilbutanamida, composto
2 (Y= o-Cl) o cálculo mostrou a existência de duas conformações: uma cis mais estável (energia de 0 kJmol-1) e mais polar (3,15 D) e uma menos estável trans (energia de 9,3 kJmol-1) e menos polar (3,03 D). Em relação à ligação C-C-C-S, o grupo mercapto nos confôrmeros cis e trans apresentam as geometrias gauche-trans (1c) e gauche-gauche (1b) (Figura 13, pag. 28), em relação aos grupos 2-clorofenilamida e acetamida, respectivamente.
33 2 e 3 mostram que a estabilidade das conformações cis e trans para o composto 2
se deve, principalmente, as interações eletrostáticas e de transferência de carga entre os o átomos de nitrogênio do grupo 2-clorofenilamida e o átomo de enxofre, S -(7)....N -Ar(2), a forte ligação de hidrogênio intrarmolecular entre o átomo de enxofre e hidrogênio ligado ao nitrogênio negativo do grupo acetila, S -(7)....H +NH-Ac(10) e a ligação de hidrogênio intermolecular entre átomo de oxigênio carbonílico e o átomo de hidrogênio orto O -(4)....H +(2´) do grupo 2-clorofenilamida, que são menores que a soma dos raios de Van der Waals dos respectivos átomos.
Observou-se ainda, pela análise da geometria das conformações, a presença de um forte efeito de campo repulsivo, gerado pela pequena distância existente entre do átomo de cloro e os átomos de enxofre, nitrogênio e oxigênio do grupo acetila, todos negativamente carregados, o-Cl -....S -(7), o-Cl -....N
Ac (10) e o-Cl -....O
Ac (10), o que justifica a maior instabilidade do confôrmero cis em relação ao trans (Figura 15).
A 2–acetamido-N-(3-clorofenil)-3-mercapto-3-metilbutanamida, composto 3
(Y=m-Cl) apresentou, assim como o composto 1 (Y=H), duas conformções trans, sendo a trans1 mais estável (energia de 0 kJmol-1 ) e mais polar (3,70 D) e a trans2
menos estável (energia de 11,7 kJmol-1 ) e menos polar (2,90 D). Em relação à ligação C-C-C-S, o grupo mercapto nos confôrmeros trans1 e trans2 apresentam as
34
cis trans
Figura 15 – Conformações cis e trans, otimizada por cálculos DFT-B3LYP/6-311+G(2df,2p) para o
composto 2, mostrando o efeito de campo repulsivo gerado pela aproximação entre os átomos de carga negativa, S-(7), N+(10) e , O-(4) e o átomo de Cl- na posição orto do anel aromático, que
desestabiliza a conformação trans em relação a cis.
A análise dos valores de cargas dos átomos e das distâncias interatômicas nas Tabelas 2 e 3 mostram que a estabilidade das duas conformações trans para o composto 3 se deve, principalmente, as interações eletrostáticas e de transferência de carga entre os dois átomos de nitrogênio de cargas opostas, N
-Ac(10)....N +Ar(2), a ligação de hidrogênio intermolecular entre átomo de oxigênio carbonílico e o átomo de hidrogênio orto, O-(4)....H +(2´), do grupo 3-clorofenilamida e a ligação de hidrogênio intermolecular entre átomo de oxigênio carbonílico do grupo acetila e o outro átomo de hidrogênio orto, O-(12)....H +(5´), do grupo 3-clorofenilamida, que são menores que a soma dos raios de Van der Waals dos respectivos átomos.
Pode-se afirmar que a maior estabilidade do confôrmero trans1 em relação ao
trans2 se deve a ligações de hidrogênio intrarmoleculares entre o oxigênio
carbonílico do grupo 3-clorofenilamida e um dos hidrogênios de um dos grupos metilas, O
