ANÁLISE CONFORMACIONAL DA MOLÉCULA AZADIRACTINA VIA MÉTODOS SEMI-EMPÍRICOS E AB-INITIO

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Físico-Química

Autores

Gomes, Y.G.S. (UFT)

Resumo

A molécula de azadiractina é um terpenóide com aplicações biológicas na agricultura e na saúde humana. Por isso o entendimento da sua estrutura molecular é essencial na elucidação de problemas desse gênero. Nesse sentido a química teórica ajuda a prover um estudo conformacional, demonstrando quais geometrias moleculares são mais descritíveis da realidade. Nesse trabalho comparamos diversos métodos de química teórica, identificando o método semi-empírico PM6 como aquele com maior proximidade dos dados experimentais de difração de Raio-X.

Palavras chaves

Azadiractina; Ab-initio; Semi-empírico

Introdução

A molécula azadiractina é um terpenóide derivado da árvore Azadiractha indica A Juss, conhecida popularmente como nem. No extrato obtido do fruto desta árvore encontra-se oito tipos de azadiractina A,B,C,D,E,F,G e I(MORGAN, E. D, 2009) (LEY, S. V, 1993, et. al) A azadiractina A tem ampla aplicação na inibição do crescimento de insetos, bem como pode ser usada como inseticida natural tendo a vantagem de ser uma molécula biodegradável.Na literatura consta que esta molécula pode ter propriedades inflamatórias (MORGAN, E. D, 2009), antifúngicas bem como pode ser utilizada no tratamento de neoplasias (RICCI, 2009, et. al).Dado a importância dessa molécula, Baldone e colaboradores realizaram uma análise quantitativa multidimensional a fim de determinar geometrias de equilíbrio, que ajudariam no entendimento do comportamento da molécula de azadiractina. Nesse trabalho foram computados distância entre átomos das estruturas de equilíbrio usando o método AM1 (BALLDONE, H. A,1999 et. al).Estudos teóricos recentes (ELTON A. S, 2014, et. al) utilizando a distribuição de Boltzman e cálculos teóricos com funcionais híbridos, foram comparados com aqueles provenientes de dados experimentais (KABALEESWARAM, V, 1994, et. al), refinando desse modo os resultados de Baldone e colaboradores (BALLDONE, H. A,1999 et. al).Nesse trabalho foi comparado diversos métodos semi- empiricos ( AM1, PM6, PM3) e ab-initio (DFT/BLYP, HF e MP2) a fim de determinar aquele com maior representatividade dos dados experimentais de distância entre átomos já trabalhados na literatura (ELTON A. S, 2014, et. al).

Material e métodos

A estrutura da molécula de azadiractina foi desenhada no programa HYPERCHEM (HyperChem(TM), 2002). Em uma etapa posterior, a estrutura molecular foi otimizada utilizando os seguintes cálculos de estrutura eletrônica: Semi- empíricos, (PM6, AM1, PM3, PM3/MM), Teoria do Funcional de Densidade (B3LYP/sto- 3G, B3LYP/6-31g) e ab-initio (HF/sto-3g, HF/6-31g, MP2/3-21g). Estes cálculos foram realizados no programa Gaussian 2009 (M. J. F, 2009, et. al) A fim de verificar a acurácia dos métodos foram comparados os dados resultantes de cálculo de estrutura eletrônica com dados experimentais de RAIO-X (KABALEESWARAM, V, 1994, et. al.Os átomos numerados são listados abaixo na Figura 1 que está nos resultados e discussões(ELTON A. S, 2014, et. al).

Resultado e discussão

Os resultados inerentes às otimizações com diferentes métodos são ilustrados abaixo na Tabela 1 que diz respeito às distâncias de ligação. Na coluna horizontal são descritos os métodos de cálculo de estrutura eletrônica utilizados. Já na coluna vertical são identificados os átomos de oxigênio utilizados na mensuração das distâncias de ligação.O método semi-empírico PM6 apresentou maior correlação com os dados experimentais. Ressalta-se ainda que o aumento da função de base nos métodos HF ( Hartree-Fock) e no DFT (Teoria do Funcional de Densidade) não propiciou melhoras nas distâncias de ligação. Desse modo o método PM6 pode ser utilizado para a descrição da molécula azadiractina, apresentando a vantagem de ser mais barato computacionalmente.

Conclusões

Os resultados de cálculo de estrutura eletrônica obtidos pelo método semi-empírico PM6 apresentam melhor correlação com os dados experimentais provenientes da técnica de difração de Raio-x. Ressalta-se ainda, que esta aproximação quântico- semi-empírica demanda menor esforço computacional, sendo mais apropriada para a descrição da geometria de equilíbrio da molécula de Azadiractina.

Agradecimentos

Referências

BALDONI, H. A; ENRIZ R. D; CSIZMADIA I. G;. Quantitative multidimensional conformational analysis of azadirachtin. J Mol struc THEOCHEM 463:251-270, 1999.

ElTON, A. S. Farias; DANIEL, A. B. de Oliveira; RICARDO, Gargano; JOÃO B. L. Martins. J Mol Model 20:2084, 2014.

HyperChem(TM) Professional 7.51, Hypercube, Inc., 1115 NW 4th Street, Gainesville, Florida 32601, USA.

JAUCH, J;. Natural product synthesis---total synthesis of azadirachtin: finally completed after 22 years. Angew Chem int Edit 47:34-37, 2008.

KRAUS, W; BOKEL, M; BRUHN, A; CRAMER, R; KLAIBER, I; KLENK, A; NAGL, G; POHNL, H; SADLO, H; VOGLER, B;. Structure determination by NMR of azadirachtin and releted compounds from Azadirachta indica A. juss. (Meliaceae). Tetrahedron 43:2817-2817, 1987.

KABALEESWARAM, V; RAJAN, S. S; GOVINDACHARI, TR; GOPALAKRISHNAM, G;. Crystal and molecular structure of azadirachtin A. Curr Sci 66:362-364, 1994.

LEY, S. V; DENHOLM, A. A; WOOD, A;. The Chemistry of Azadirachtin. Nat Prod Rep 10:109-157, 1993.

LEY, S. V; ABAD-SOMOVILLA, A; ANDERSON, J. C; AYATS, C; BANTELI, R; BECKMANN, E; BOYER, A; BRASCA, M. G; BRICE, A; BROUGHTON, H. D; BURKE, B. J; CLEATOR, E; CRAIG, D; DENHOLM, A. A; DENTON, R. M; DURAND-REVILLE, T; GOOB, L. B; GOBEL, M; GRAY, B. L; GROSSMANN, R. B; GUTTERIDGE, C. E; HAHN, N; HARDING, S. L; JENNENS, L; LOVELL, P. J; LOVEELL, P. J; LOVELL, H. J; DE LA PUENTE, M. L; KOLB, H. C; KOOT, W-J; MCCUSKER, C. F; MATTES, A; PAPE, A. R; PINTO, A; SANTAFIANOS, D; SCOTT, J. S; SMITH, S. C; SOMERS, A. Q; SPILLING, C. D; STELZER, F; TOOGOOD, P. L; TURNER, R. M; VEITCH, G. E; WOOD, A; ZUMBRUNN, C;. The synthesis of azadirechtin: a potent insect antifeedant. Chem Eur J 14:10683-10704, 2008.

M. J. F.; G. W. Trucks; H. B. Schlegel, G.; . E. Scuseria; M. A. Robb; J.R. Cheeseman; G. Scalmani; V. Barone; B. Mennucci; Petersson, G. A.; , H. N.; M. Caricato; X. Li, H. P. H.; A. F. Izmaylov; J. Bloino, G. Z.; J. L. Sonnenberg; M. Hada, M. E.; K. Toyota; R. Fukuda; J. Hasegawa; M. Ishida, T. N.; Y. Honda, O. K.; H. Nakai, T. V.; J. A. Montgomery; Jr., J. E. P.; F. Ogliaro; M. Bearpark; J. J. Heyd; E. Brothers; K. N. Kudin; V. N. Staroverov; R. Kobayashi; J. Normand; K. Raghavachari; A. Rendell; J. C. Burant; S. S. Iyengar; J. Tomasi; M. Cossi; N. Rega; J. M. Millam; M. Klene; J. E. Knox; J. B. Cross; V. Bakken; C. Adamo; J. Jaramillo; R. Gomperts; R. E. Stratmann; O. Yazyev; A. J. Austin; R. Cammi; C. Pomelli; J. W. Ochterski; R. L. Martin; K. Morokuma; V. G. Zakrzewski; G. A. Voth; P. Salvador; J. J. Dannenberg; S. Dapprich; A. D. Daniels; Ö.Farkas; J. B. Foresman; J. V. Ortiz; J. Cioslowski; D. J. Fox Wallingford CT, 2009.

MORGAN, E. D;. Azadirachtin, a scientific gold mine. Bioorg Med Chem 17:4096-4105, 2009.

RICCI, F; BERARDI, V; RISULEO, G;. Differential cytotoxicity of MEX: a component of neem oil whose action is exerted at the cell membrane LEVEL. Molecules 14:122-132, 2009.