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https://tede.unioeste.br/handle/tede/7216
Tipo do documento: | Dissertação |
Title: | Cálculos de deslocamentos químicos de RMN 1H e 13C e propriedades eletrônicas de canabinoides utilizando cálculos quânticos |
Other Titles: | Calculations of 1H and 13C NMR chemical shifts and electronic properties of cannabinoids using quantum calculations |
Autor: | Cabral, Patrik Ferreira Gandara |
Primeiro orientador: | Rosset, Isac George |
Primeiro membro da banca: | Rosset, Isac George |
Segundo membro da banca: | Oliveira, Adriana Ferla de |
Terceiro membro da banca: | Melo, Eduardo Borges de |
Resumo: | O presente trabalho se situa no campo da Química Computacional combinada à Teoria Funcional de Densidade (DFT) no intuito de prover abordagens in silico, que auxiliem nas atividades de planejamento experimental, tratamento de dados de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) de 1H e 13C, busca conformacional e identificação de compostos com indefinição da sua estrutura espacial. Os compostos avaliados foram o Canabidiol (CBD), Δ9 Tetrahidrocanabinol (THC) e Canabinol (CBN), que são metabólitos especializados da Cannabis sativa e possuem relevância clínica e forense. Utilizou-se o Macromodel® e o Gaussian®, respectivamente, nas otimizações de Mecânica Molecular e Mecânica Quântica. Posteriormente, a distribuição populacional (Boltzman) dos confôrmeros encontrados foi verificada e os mais representativos foram selecionados à simulação de espectros de RMN em oito níveis de teoria. Verificou-se que o nível teórico DFT/PBE0/6-311G+(2d,p) foi o de maior exatidão para os compostos estudados, obtendo-se valores de MAD e RMSE próximo aos deslocamentos químicos (δ) experimentais. Verificou-se que o uso do padrão interno Dioxano melhorou significativamente a exatidão do δ teórico para 13C. Enquanto, que o uso de tetrametilsilano (TMS) ou Dioxano não apresentaram a mesma significância nas simulações de 1H. Investigou-se uma possível inversão das metilas C8 e C9 do Δ9 THC atribuídas na literatura. Assim, concluiu-se, por meio dos valores de MAD e após uma inversão intencional dos valores do δ teóricos, que se tratava de carbonos diastereotópicos. Portanto, as metilas C8 e C9 foram reportadas invertidas na literatura. Comparou-se os melhores níveis de teoria pelo método DFT versus Método Hartree-Fock, verificou o método DFT foi o mais exato. Obtiveram-se os dados de propriedade eletrônica, tais como, HOMO, LUMO, Dureza, Moleza, eletronegatividade e eletrofilicidade, sendo discutidos questões de reatividade junto ao Mapa de Potencial Eletrostático. Verificou-se que os resultados tinham coerência quanto à natureza química dos compostos em estudo. Por fim, verificou-se o tempo de processamento computacional de cada etapa deste trabalho. Observou-se que a flexibilidade molecular é diretamente proporcional ao tempo de processamento. Portanto, o presente trabalho concluiu que a Química Computacional é uma importante ferramenta na otimização e predição de estudos moleculares. |
Abstract: | The present work is in the field of Computational Chemistry combined with Density Functional Theory (DFT) to provide in silico approaches, which assist in experimental planning activities, processing of 1H and 13C Nuclear Magnetic Resonance (NMR) data, conformational search, and identification of compounds with unclear spatial structure. The compounds evaluated were Cannabidiol (CBD), Δ9 Tetrahydrocannabinol (THC) and Canabinol (CBN), which are specialized metabolites of Cannabis sativa and have clinical and forensic relevance. Macromodel® and Gaussian® were used, respectively, in Molecular Mechanics and Quantum Mechanics optimizations. Subsequently, the population distribution (Boltzman) of the conformers found was verified and the most representative ones were selected to simulate NMR spectra at eight levels of theory. It was found that the theoretical level DFT/PBE0/6-311G+(2d,p) was the most accurate for the compounds studied, obtaining MAD and RMSE values close to the experimental chemical shifts (δ). It was found that the use of the internal standard Dioxane significantly improved the accuracy of the theoretical δ for 13C. While the use of tetramethylsilane (TMS) or Dioxane did not show the same significance in the 1H simulations. A possible inversion of the C8 and C9 methyls of Δ9 THC attributed in the literature was investigated. Thus, it was concluded, by means of the MAD values and after an intentional inversion of the theoretical δ values, that these were diastereotopic carbons. Therefore, C8 and C9 methyls have been reported inverted in the literature. The best levels of theory were compared using the DFT method versus the Hartree-Fock method, and the DFT method was found to be the most accurate. Electronic property data was obtained, such as HOMO, LUMO, Hardness, Softness, electronegativity and electrophilicity, and reactivity issues were discussed together with the Electrostatic Potential Map. It was verified that the results were coherent regarding the chemical nature of the compounds under study. Finally, the computational processing time for each stage of this work was verified. It was observed that molecular flexibility is directly proportional to processing time. Therefore, the present work concluded that Computational Chemistry is an important tool in the optimization and prediction of molecular studies. |
Keywords: | Teoria Funcional de Densidade (DFT) Ressonância Magnética Nuclear (RMN) Química computacional Canabinoides e diastereotópico Density Functional Theory (DFT); Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Computational chemistry Cannabinoids and diastereotopic |
CNPq areas: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Publisher: | Universidade Estadual do Oeste do Paraná |
Sigla da instituição: | UNIOESTE |
Departamento: | Centro de Engenharias e Ciências Exatas |
Program: | Programa de Pós-Graduação em Química |
Campun: | Toledo |
Citation: | CABRAL, Patrik Ferreira Gandara. Cálculos de deslocamentos químicos de RMN 1H e 13C e propriedades eletrônicas de canabinoides utilizando cálculos quânticos. 2023.99 f. Dissertação (Merstrado em Química) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo, 2023. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
Endereço da licença: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
URI: | https://tede.unioeste.br/handle/tede/7216 |
Issue Date: | 4-Oct-2023 |
Appears in Collections: | Mestrado em Química (TOL) |
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