Conformational exploitation of polyfunctional organic compounds using spectroscopic and theoretical methods - Martins, Francisco Antonio (2019)
A compreensão das preferências conformacionais de moléculas orgânicas tem um papel fundamental em várias áreas da ciência, tais como na agroquímica, química medicinal, ciência dos materiais, síntese orgânica e espectroscopia. Em decorrência, o estudo conformacional de moléculas modelo neste trabalho está dividido em duas partes: i) a primeira parte tem como objetivo elucidar o isomerismo conformacional do 1-cloro-1,1-diflúor-2-pentanol (CDP) em solução, por meio de espectroscopias de ressonância magnética nuclear (RMN) e infravermelho (IV), auxiliadas por cálculos teóricos. O CDP foi escolhido como composto modelo deste estudo pelo fato de preservar algumas características estruturais de vários anestésicos inalatórios de última geração; ii) a segunda parte consiste em analisar, teoricamente, o efeito counterclockwise (nome atribuído ao efeito que conduz à orientação oposta aos ponteiros do relógio para os grupos hidroxila da D-glicose), cuja origem ainda é controversa. Para isso, uma série de derivados -halogenados da D-glicose é investigada, permitindo confrontar as diversas interações intramoleculares que regem o equilíbrio conformacional da molécula em estudo. Os espectros de RMN de ¹H, ¹³C e 19 F em soluções de cicloexano, clorofórmio e acetonitrila, por meio da análise das constantes de acoplamento ³JH,H, ³JH,F e 1 JC,H, permitiram determinar os principais confôrmeros do CDP no equilíbrio, bem como avaliar como as populações conformacionais variam com a mudança da polaridade do solvente. Os resultados quantitativos obtidos por RMN foram consistentes com os dados obtidos por espectroscopia no infravermelho em solução de cicloexano, bem como com as estimativas computacionais, determinadas em nível ωB97X-D e CCSD(T), usando o conjunto de bases 6-311++g(d,p). Notoriamente, os cálculos usando modelo implícito de solvatação (PCM) não reproduziram satisfatoriamente os resultados experimentais, sobretudo no solvente polar acetonitrila, provavelmente em razão de existirem interações específicas soluto-solvente. Surpreendentemente, contudo, o confôrmero mais abundante em solvente apolar não foi aquele que maximiza a orientação gauche entre os átomos de flúor e o grupo eletronegativo vicinal (OH), contrariando o que seria esperado pelo efeito gauche. Em vez disso, a conformação principal exibe o substituinte cloro com orientação gauche em relação ao grupo OH, de tal forma que a deslocalização eletrônica do orbital doador de elétrons σC-H para o bom aceptor de elétrons σ*C-Cl seja efetiva. Cálculos NBO (Natural Bond Orbital) confirmaram que a interação hiperconjugativa σC-H → σ*C-Cl é altamente estabilizante. Para avaliar a origem do efeito counter-clockwise, foram propostas várias modificações na estrutura da D-glicose, permitindo confrontar quais tipos de interações intramoleculares (eletrostáticas e estereoeletrônicas) são determinantes para a orientação da D-glicose no espaço tridimensional. Este estudo foi conduzido teoricamente em nível B3LYP/aug-cc-pVDZ, a partir do qual foi possível determinar as energias de cada molécula modelo e a população de seus confôrmeros. Ao contrário do que tem sido demonstrado em alguns estudos da literatura, a origem do efeito counterclockwise não está relacionada a ligações de hidrogênio intramoleculares, e sim a efeitos repulsivos dipolares e estéricos presentes na conformação clockwise.