ÁREA: Físico-Química
TÍTULO: ESTUDO DA ESTRUTURA, ISOMERIA CONFORMACIONAL E CENTROS ATIVOS DO ÁCIDO ISOBRASILIÊNSICO
AUTORES: SILVA, S. C. DA - UFMT (PQ)
TEIXEIRA, D. A. - UFMT (PG)
CERON, L. B. - UFMT (IC)
RESUMO: O trabalho desenvolvido através de cálculos quânticos computacionais gerou vários isômeros conformacionais do ácido isobrasiliênsico, que apresentaram uma pequena diferença de energia. A molécula possui atividade antiúlcera, e procurou-se estudar o seu comportamento em meio ácido para encontrar os possíveis centros reacionais da molécula. Foram efetuados cálculos quânticos ab initio (HF e DFT) e semi-empíricos (AM1 e PM3) para as otimizações das estruturas dos isômeros conformacionais, para a obtenção dos orbitais moleculares e reações de protonação. Foram encontrados vários pontos de protonação energeticamente favoráveis. Com a reação de protonação obteve-se várias estruturas estáveis, entre as quais três produtos de reação de ciclização apresentaram energias mais baixas.
PALAVRAS CHAVES: ácido isobrasiliênsico; modelagem molecular; química computacional.
INTRODUÇÃO: O progresso da tecnologia de hardware e software, na últimas décadas do século XX, tem permitido um grande desenvolvimento da química computacional, tornando-a uma das áreas mais promissoras deste início de século XXI.
O composto éster metilico do ácido 6-O-metil isobrasiliênsico (C32H46O6) foi isolado e caracterizado no Laboratório de Produtos Naturais – UFMT – (Caneppele,1998). Este composto foi extraído da casca do caule de Calophyllum brasiliense CAMB, conhecida por apresentar atividade antiúlcera.
Através da dinâmica molecular com aquecimento controlado gerou-se isômeros conformacionais do ácido isobrasiliênsico. Cada um dos isômeros gerados foi otimizado com base em cálculos quânticos, utilizando métodos semi-empíricos e ab initio. A partir da análise de orbitais moleculares foram identificados possíveis centros reativos, e foi feito um estudo de reações de protonação nestes sítios.
Com o estudo de propriedades físico-químicas utilizando a modelagem molecular, espera-se contribuir para um melhor conhecimento da estrutura e propriedades desta molécula, bem como de sua reatividade e seus mecanismos de reação em meio ácido.
MATERIAL E MÉTODOS: O trabalho foi realizado em um computador Pentium IV, 3.0 GigaHertz, com 1GByts de memória RAM. A molécula foi construída com o programa HyperChem. Os isômeros conformacionais foram obtidos com o mesmo programa, pelo método da dinâmica molecular através de aquecimento simulado, o qual permite a variação de todas as distâncias e ângulos de ligação da molécula. Foram gerados 11 isômeros conformacionais. Otimizou-se as geometrias de cada um dos isômeros com a utilização do programa GAUSSIAN 03W. Numa primeira etapa foi feita a otimização utilizando-se os métodos semi-empíricos PM3 e AM1. Em seguida foram feitas otimizações utilizando métodos ab initio, HF com a base LANL2DZ e o método DFT junto com a base B3LYP/6-31G(YOUNG, C. D. 2001).
Com o objetivo de encontrar possíveis centros doadores e receptores de elétrons calculou-se os orbitais moleculares de fronteira HOMO, HOMO-1, HOMO-2, LUMO, LUMO+1, LUMO+2, para cada isômero conformacional (JENSEN, F. 1999). Para estes cálculos foi utilizado o método HF/LANL2DZ.
Finalmente, com base nos cálculos de orbitais moleculares, simulou-se reações de protonação em vários pontos da molécula, utilizando o método semi-empírico PM3.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O ácido isobrasiliênsico (figura 1) possui grupos funcionais como, ácido carboxílico, álcool, cetona e éter e apresenta ramificações que permitem a existência de grande quantidade de isômeros conformacionais. Os cálculos quânticos efetuados mostraram que estes isômeros apresentaram energias semelhantes. Isto sugere que no equilíbrio à temperatura ambiente, o sistema apresenta uma mistura de vários isômeros em quantidades equivalentes.
Com as reações de protonação obteve-se vários produtos estáveis e com energia de ativação bastante baixa, sugerindo que em meio ácido a molécula se decompõe espontaneamente. Na figura 2. é mostrado que a protonação de um grupo carboxílico leva a uma reação de ciclização e posterior liberação de água. Na primeira etapa desta reação a energia de ativação de 7,20 Kcal.mol-1, e na segunda é da ordem de 45 Kcal.mol-1. Na figura 3 são mostradas as energias relativas para as reações de protonação em diferentes átomos da molécula, numerados conforme a figura 1.
Os cálculos das densidades eletrônicas dos orbitais HOMO, HOMO-1, HOMO-2, LUMO, LUMO+1, LUMO+2, confirmaram as possibilidades de protonação e os rearranjos na estrutura molecular.
CONCLUSÕES: O ácido isobrasiliênsico apresenta três ramificações, o que permite a formação de vários isômeros conformacionais. Os valores de energia para cada isômero foram semelhantes, sugerindo que o ácido isobrasiliênsico se apresente em várias conformações em temperatura ambiente. A simulação de reação de protonação com base nos cálculos dos orbitais moleculares de fronteira, sugere a possibilidade de formação de vários produtos de decomposição do ácido isobrasiliênsico, exigindo assim, estudos posteriores para se identificar o composto que apresenta efetivamente atividade farmacológica.
AGRADECIMENTOS:CNPq / FAPEMAT
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA:CANEPPELE, Décio – Estudo Químico De Constituintes Com Potencial Atividade Antiúlcera Da Casca do Caule De Calophyllm brasiliense CAMB. (GUANANDI). 1998. 134p. Dissertação (Mestrado em saúde e ambiente) – Instituto de Saúde Coletiva, Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá, MT, 1998.
YOUNG, C. David. Computational Chemistry. WILEY-INTERSCIENCE (USA), 2001, 371p.
JENSEN, F. Introduction to Computational Chemistry. John Wiley & Sons, New York (USA), 1999.