Autores
de Alencar Pessoa, I. (IFSERTÃOPE) ; da Luz Sousa, I. (IFSERTÃOPE) ; Jose Gomes da Silva, I. (IFSERTÃOPE) ; Alves Leandro, A. (IFSERTÃOPE)
Resumo
Este trabalho investigou teoricamente o efeito da β-Ciclodextrina (β-CD) no
espectro de Dicroísmo Circular Eletrônico (ECD) da Cânfora. Assim, a estrutura
com maior energia de complexação foi otimizada com o método ONIOM, utilizando
BP86/6-31+G(d,p) para o nível alto e B97D/STO-3G para o nível baixo. O ECD da
cânfora isolada foi calculado com TD-BP86/6-31+G(d,p) e cânfora@β-ciclodextrina
com TD-DFT, implementados no ONIOM novamente. Os resultados obtidos demonstram,
via cálculos teóricos, que a formação do complexo de inclusão é energeticamente
favorável. Ao analisar ambos os espectros é possível observar que as forças
rotacionais são similares. Do ponto de vista espectral, observou-se um
deslocamento batocrômico em torno de 12 nm após a inclusão da cânfora na
cavidade da β-CD.
Palavras chaves
Cânfora; β-Ciclodextrina; ECD.
Introdução
A espectroscopia de Dicroísmo Circular Eletrônico (ECD, do inglês Electronic
Circular Dichroism) é um método utilizado principalmente para resolução de
problemas relacionados com a estereoquímica de moléculas quirais. O ECD é uma
técnica poderosa na determinação das atribuições de Configuração Absoluta (CA),
em especial, de produtos naturais que apresentem centros quirais e cromóforos
apropriados (SOUSA et al,. 2020). Recentemente, a cânfora, produto natural
bicíclico da classe dos terpenóides, tem sido empregada como molécula modelo
para cálculos ECD, principalmente para a calibração de métodos computacionais e
efeitos de solventes em cálculos de ECD (RAUTENSTRAUCH, et al., 1993; SOUSA et
al., 2020). Tem sido reportado na literatura recente, a preparação experimental
de complexos de inclusão da Cânfora em β-Ciclodextrinas (β-CD) - estruturas do
tipo hóspede-hospedeiro (ALVES et al., 2019; CELEBIOGLU et al., 2018; DODZIUK et
al., 2003). Todavia, estudos acerca do efeito de Ciclodextrinas no espectro de
ECD da cânfora não têm sido descritos. Em virtude dessa lacuna, esse trabalho
visa fornecer informações a respeito da influência do confinamento da cânfora no
espectro de ECD, com vistas na compreensão de estruturas supramoleculares
(BAKIRCI et al., 2005). Dessa forma, este estudo objetiva investigar
teoricamente os efeitos do confinamento na estrutura eletrônica da cânfora
encapsulada na β-CD, focando nas alterações do espectro de ECD.
Material e métodos
Neste trabalho, foi realizada uma varredura energética via método semi-empírico
PM6 de forma a obter as energias de complexação entre a cânfora e a β-CD. A
interação entre as moléculas teve como intuito verificar quais estruturas eram
as mais estáveis do ponto de vista energético e quais apresentaram maiores
energias de complexação. A energia de complexação é definida como sendo a
diferença de energia do complexo otimizado em relação ao somatório das energias
das estruturas otimizadas da cânfora e da β-CD, descrita pela Eq. 1.
Ecomplexação = ECanfora@β-CD - (ECânfora + Eβ-CD) (1)
A aproximação Cânfora-Ciclodextrina foi definida através da coordenada de
varredura (d), sendo a distância entre o átomo de oxigênio da cânfora e o centro
da β-CD. A energia de complexação foi avaliada como sendo a energia da
aproximação entre a cânfora e a β-CD a determinada distância (d), e foi
considerado no esquema de inclusão a aproximação da cânfora, ao longo da
distância (d), com intervalos de -10 A 10 angstrom (Å), com variações de 1 Å em
cada passo. Posteriormente, a estrutura com maior energia de complexação foi
otimizada via ONIOM (do inglês, Our own n-layed integrated molecular orbital and
molecular mechanics), utilizando BP86/6-31+G(d,p) para o nível alto que
compreende a cânfora, e B97D/STO-3G para o nível baixo. Os efeitos de solvente
foram introduzidos em todos os cálculos através do modelo de solvatação baseado
na densidade (SMD), em meio aquoso. Os cálculos ECD para o complexo cânfora@β-
ciclodextrina foram realizados via TD-DFT, implementados no ONIOM utilizando o
mesmo nível de teoria supracitado. Adicionalmente, os cálculos ECD para a
cânfora foram realizados com o nível BP86/6-31+G(d,p). Todos os cálculos foram
realizados no Gaussian 09 (Rev. A02).
Resultado e discussão
O processo de inclusão da cânfora na cavidade da β-CD é mostrado no gráfico da
energia de complexação em função da distância de aproximação das duas estruturas
moleculares (Fig. 1). Os resultados negativos das energias de complexação,
demonstram que a interação entre a complexação é termodinamicamente favorável.
Através do gráfico de energia de complexação gerado, é possível identificar o
mínimo de energia em d = 2 Å. Este mínimo apresenta energia de complexação igual
a -12,84 kcal.mol-1 (Fig. 1). Na estrutura molecular correspondente a este
mínimo de energia (mostrada na Fig. 2a), é possível observar que a cânfora está
inserida parcialmente na β-CD. Na Fig. 2b, apresentamos os espectros de ECD
calculados da cânfora e do complexo cânfora@β-ciclodextrina. Observa-se
inicialmente que espectro de ECD da cânfora consiste de uma banda com sinal
negativo em torno de 306 nm. Além disso, é possível observar através da Fig. 2b
que o espectro de ECD do complexo cânfora@β-ciclodextrina apresenta também uma
banda com sinal negativo em aproximadamente 318 nm. Em ambos os espectros é
possível observar forças rotacionais (intensidade) similares. Do ponto de vista
espectral, observa-se um deslocamento batocrômico (deslocamento para o vermelho)
de aproximadamente 12 nm após a inclusão da cânfora na cavidade da
ciclodextrina. A modificação espectral do ECD intrínseco da cânfora está
relacionada tanto com modificações conformacionais devido a adaptação ao
processo de inclusão como as interações dos momentos de dipolos de transição
eletrônica da cânfora com as unidades ɑ-D-glicopiranose da β-CD. Essas
interações do ponto de vista químico, podem estar relacionadas com as interações
intermoleculares entre a cânfora e a β-CD.
Energia de complexação para a interação da cânfora com β-ciclodextrina em função da distância (d) de aproximação, calculados via PM6.
a) Estrutura do complexo cânfora@β-ciclodextrina. (b) Espectros ECD da cânfora e complexo cânfora@β- ciclodextrina. (c) Estrutura da cânfora.
Conclusões
Neste trabalho, investigou-se teoricamente os efeitos do confinamento no
espectro de ECD da cânfora encapsulada na β-Ciclodextrina. Verificou-se, via
cálculos teóricos, que a formação do complexo de inclusão é energeticamente
favorável. Do ponto de vista espectral, foi possível verificar que a
ciclodextrina provocou um deslocamento do máximo de absorção do espectro de ECD
da cânfora para um menor comprimento de onda. Em investigações posteriores,
iremos verificar quais fatores (conformacionais ou eletrônicos) exercem maior
influência nessa mudança espectral.
Agradecimentos
Ao CENAPAD-UFC (Centro Nacional de Processamento de Alto Desempenho –
Universidade Federal do Ceará) pela infraestrutura computacional. Ao
IFSertãoPE/Ouricuri pelo apoio financeiro e institucional.
Referências
ALVES, C. S.C.; OLIVEIRA, A. P; SANTOS, A. D. C.; SANTOS, R. F.; OLIVEIRA JR, R. G.; TAVARES, G. F.; ALMEIDA, J. R. G. S. Physico-Chemical Characterization of the Inclusion Complexes Containing the Monoterpenes Camphor and 1,8-Cineol, Major Constituents of the Essential Oils of Croton conduplicatus, in β-Cyclodextrin. Revista Virtual de Química, v. 11; pp. 401-410. 2019.
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