Cálculos espectroscópicos de infravermelho de p-cimeno

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Analítica

Autores

Huiza, J.F.P. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA) ; Hinojosa, A.R.C. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA) ; Rocha, P.C. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA) ; Santos, S.A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA) ; Nery, F.A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA) ; Torres, D.C. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA) ; Ribeiro Neto, P.C. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA) ; Santos, B.M. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA) ; Serafim, E.J. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA)

Resumo

O composto p-cimeno é uma estrutura cíclica encontrada na natureza na forma de óleo essencial que é extraído de plantas aromáticas, e possui atividades anestésica, antibacteriana, antiviral, antifúngica, antioxidante, anti-inflamatória e outros (SOLANA, 2014). Para o estudo detalhado dessa molécula e suas propriedades físicas e químicas requeremos de tempo para a extração, separação e purificação do composto, assim como o uso de equipamento de Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier. Outra maneira para predizer o espectro do composto a ser analisado é usar aproximações de modelos quânticos inseridos no software GAUSSIAN 09, fazendo uso de equipamentos que possuem alta velocidade de processamento para realizar os cálculos e uso de pacotes como GABEDIT.

Palavras chaves

Espectroscopia; Quiralidade; Propriedade eletrônica

Introdução

A molécula de p-cimeno se encontra nas plantas aromáticas, é caracterizado por ser um monoterpeno constituinte de vários óleos essenciais (TORRES, 2017). O p- cimeno é um metabolito produzido e liberado para o ambiente, atuando como aglomerados de núcleos que facilitam a condensação de nuvens e/ou dispersão da luz solar, contribuindo dessa maneira na diminuição da temperatura do meio ambiente (TEÓFILO, 2012). Estudos das propriedades químicas do p-cimeno, aplicadas aos organismos biológicos, requerem ter um conhecimento mais detalhado de sua estrutura. A espectroscopia de absorção molecular serve de suporte para conhecer essas propriedades de estiramento e flexão dos grupos funcionais químicos devido a interação da radiação eletromagnética na faixa infravermelha com grupos funcionais da molécula. No espectro infravermelho onde o intercambio energético é intermédio promove vibrações nas ligações moleculares, que correspondem à forma da superfície de energia potencial da molécula, da geometria molecular, da massa dos átomos e eventualmente do acoplamento vibrónico. Os espectros de absorção em número de onda para grupos funcionais aromáticos constituem em estiramentos (ν) da ligação C=C posicionada na faixa 1625-1440 cm-1 e =C-H em 3080-3030 cm-1, deformação angular (δ) no plano da ligação =C-H entre 1290-1000 cm-1 e bandas harmônicas de combinação que indicam se o composto é mono, di, tri, até a substituição completa dos hidrogênios do anel aromático que ocorrem na faixa 2000-1660 cm-1. Para os compostos metila temos que a absorção em número de onda para estiramentos C-H ocorrem na faixa de 3000-2850 cm-1, na qual irá influenciar o tipo de interação, ou seja, estiramentos simétricos e assimétricos do carbono com hibridação sp3 e/ou sp2. Neste trabalho fazemos uso dos métodos de aproximação computacional da Teoria do Funcional da Densidade (TFD), usando o funcional B3LYP com o conjunto base 6-31G(d), e para sua visualização o uso de software aplicado à química molecular para descrever espectros característicos da molécula de p-cimeno. Os cálculos obtidos foram comparados com a base de dados experimentais do Spectral Database for Organic Compounds (SDBS).

Material e métodos

A importância da escolha da molécula de p-cimeno é devido a estar presente nas plantas medicinais e possuir funções bioquímicas (MEDEIROS, 2014). Para seu estudo, foi desenhada o p-cimeno com ajuda do software AVOGADRO que fornece a geometria molecular inicial, gerando um arquivo de entrada input que será usado por GAUSSIAN 09. A geometria molecular foi otimizada aplicando o método TFD com o funcional híbrido B3LYP usando o conjunto de base 6-31G(d), e como solvente tetracloreto de carbono do modelo de solvatação SCRF. Foram realizados cálculos das frequências (sob influência do solvente mencionado) para obter o espectro de infravermelho que foi visualizado com o uso do software GABEDIT (com opção de alisamento Gaussian lineshape). Neste espectro os cálculos de infravermelho apresentam intensidades de bandas de absorção em função do número de ondas, que a seguir são comparados com a base de dados experimentais do SDBS.

Resultado e discussão

Usando o GAUSSIAN 09 para o estudo da molécula p-cimeno foram identificadas, como mostradas na figura 1, as bandas de absorção que aparecem nas faixas de absorção do espectro infravermelho nos números de onda de 2920 cm-1, correspondente à existência de um estiramento C-H no grupo metila, em 1600 cm-1 existe um estiramento (ν) ligação múltipla C=C, do anel aromático, em 1470 cm-1 temos uma deformação axial (δ) da ligação C-H do grupo metila, na faixa de 1070-1160 cm-1 a existência de um estiramento múltiplo C-C no grupo -CH=CH-, e finalmente em 820 cm-1 temos flexão da ligação C-H de dois átomos de H adjacentes. Na Figura 2 fornecemos os espectros no infravermelho do SDBS que aparecem com número de onda 2962 cm-1 do C-H no grupo metila, 1517 cm-1 para a ligação C=C, de tipo aromático, 1464 cm-1 para a ligação C-H do grupo metila, na faixa de 1021-1057 cm-1 de C-C no grupo -CH=CH-, e em 543 cm-1 temos a ligação C-H de dois átomos de H. Os dados na faixa correspondente coincidem enquanto à posição das bandas de absorção para estiramentos C-H da metila, C-H metilénico, C-C saturado e C=C insaturado.

Espectro calculado de infravermelho da molécula de p-cimeno.


Espectro infravermelho de p-cimeno fornecido pela SDBS.

Conclusões

Os resultados da molécula modelada de p-cimeno para o espectro de absorção de infravermelho mostram boa aproximação e coerência com dados experimentais publicados no Spectral Database for Organic Compounds (SDBS). Concluímos que usando o solvente CCl4 há uma predominância da extensão da ligação CH3, e as ligações duplas C=C, verificando dessa maneira que podemos realizar cálculos espectroscópicos dos grupos funcionais dos compostos orgânicos com boa aproximação para a molécula usando TFD.

Agradecimentos

Agradecimentos a Universidade do Sudoeste da Bahia (UESB), e a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).

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