Made available in DSpace on 2017-07-24T19:38:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CAROLYNE BRUSTOLIN BRAGA.pdf: 3440444 bytes, checksum: b267696c3988d456840fac4ec2aeded0 (MD5) Previous issue date: 2012-03-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this study was approached the conformational study of dopamine, L-dopa and L-dopaquinone, in their neutral and protonated forms, by theoretical calculations and NMR and IR spectroscopies. The interest in evaluate the conformational equilibrium of these compounds was obtained by the fact that there are no reports in the literature about them at this level of theory, considering that are compounds with high biological importance. The theoretical calculations were performed at HF/6-311++G(d,p) level of theory, available in the programs package GAUSSIAN 03. These calculations determined the energies and geometries of most stable conformers in the isolated phase and in aqueous solution. For some compounds, the analysis of hyperconjugatives effects by NBO calculations also showed that some orbital interactions stabilize the system. For protonated dopamine, by 1H NMR, it was not possible to associate the solvent or temperature effects with possible changes in populations of conformers. In the case of two forms of L-dopa, the behavior of the couplings constants 3JHH in different solvents and temperatures could not tell us if there was variation in the populations with change of polarity of the medium. However, their values allowed affirm that the predominant form at equilibrium in solution is the trans, in agreement with theoretical data obtained. The carbonyl stretching bands, in IR spectrum, in fundamental region, could not determine the variations in the populational equilibrium, but a significant asymmetry and width of these bands showed that the equilibrium is composed of multiple conformations, such as this case. Finally, electrostatic potential maps were used to demonstrate in the most stable conformers which regions of higher and lower electron density. Keywords: Conformational analysis. Theoretical calculations. NMR Spectroscopy. / Abordamos neste trabalho um estudo conformacional da dopamina, L-dopa e L-dopaquinona, nas suas formas neutras e protonadas, por meio de cálculos teóricos e das espectroscopias de RMN e IV. O que despertou o interesse em avaliar o equilíbrio conformacional desses compostos foi o fato de não existirem relatos na literatura sobre os mesmos com este tipo de nível de teoria, visto que são compostos com grande importância biológica. Os cálculos teóricos foram efetuados com o nível de teoria HF/6-311++G(d,p), disponíveis no pacote de programas GAUSSIAN 03. Por meio deles, determinaram-se as energias e geometrias dos confôrmeros mais estáveis na fase isolada e em solução aquosa. Para alguns compostos, a análise dos efeitos hiperconjugativos por meio dos cálculos de NBO também indicou que algumas interações de orbitais presentes estabilizam o sistema. Para a dopamina protonada, através da RMN de 1H, não foi possível relacionar o efeito do solvente nem da temperatura com possíveis mudanças nas populações dos confôrmeros. No caso das duas formas da L-dopa, o comportamento dos acoplamentos 3JHH em diferentes solventes e diferentes temperaturas não pôde nos dizer que houve variação de população com a mudança de polaridade do meio. Entretanto, seus valores permitiram afirmar que em solução a forma predominante no equilíbrio é a trans, corroborando com os dados teóricos obtidos. Com espectros no Infravermelho na região do fundamental do estiramento da carbonila, para a L-dopa, novamente não pudemos verificar a variação de população no equilíbrio, mas a significativa assimetria e largura destas bandas permitiu verificar que o equilíbrio está composto por vários confôrmeros, como é o caso. Finalmente, fez-se o uso de mapas de potencial eletrostático para demonstrar nos confôrmeros mais estáveis quais as regiões de maior e menor densidade eletrônica.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:38:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Taissa Adriana Costin.pdf: 4929780 bytes, checksum: 1674ff97dbc8df45d3aedf8e6744fdde (MD5) Previous issue date: 2013-03-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Due to the great importance of the aspartic acid, since it is found in the Dimethyl N-acetylaspartate in high concentrations in the urine of patients with different neurological problems, an example is Canavan disease, which has been associated with elevated concentrations of N-acetylaspartate in cerebrospinal fluid, it inspired the interest of studying conformational equilibrium of compounds with structures similar to Dimethyl N-Acetylaspartate. The focus of this study was to research the compound structural Dimethyl N-acetylaspartate (NAA) and their derivatives Dimethyl N-Methylaspartate (NMA) and Dimethyl N, N- Dimethylaspartate (NDA). The principle was to establish the most stable geometries and populations of conformers involved in the equilibrium phase and isolated in solution. To perform DFT calculations, we used the Gaussian 03 software package. The potential energy surfaces (SEPs) were obtained with B3LYP/6-311G level of theory and the points of lowest energy, made possible as more stable geometries which were optimized with the level of theory B3LYP/cc-PVTZ. For the structure of the NAA, we found seven more stable geometries. The majority conformer of NAA showed a population of 31,9% on balance. For the structure of the NMA met ten most stable geometries. The majority conformer population showed a 35,4% on the balance. As for the structure of the NDA, it also met seven most stable geometries. The majority conformer population showed a 46,5% on the balance. Besides the equilibrium phase alone was evaluated with these structures and solvation calculations it was observed that populations of conformers were changed, but the same major conformer being isolated majority remained in solution. In order to compare the theoretical data with experimental data, these compounds were synthesized therefore performed NMR spectroscopic analysis which analyzed the coupling constants 2J and 3J and IV, held the deconvolution of the carbonyl band. / Devido à grande importância do ácido aspártico, já que o mesmo é encontrado na forma de N-Acetilaspartato em concentrações elevadas na urina de pacientes com diferentes problemas neurológicos, um exemplo é a doença de Canavan, a qual vem sendo associada a concentrações elevadas de N- Acetilaspartato no fluido cerebroespinal despertou-se o interesse em estudar o equilíbrio conformacional de compostos com estruturas semelhantes ao mesmo. O foco deste estudo foi realizar uma investigação estrutural do composto N-Acetilaspartato de dimetila (NAA) e dos seus derivados, N-Metilaspartato de dimetila (NMA) e N,N-Dimetilaspartato de dimetila (NDA), determinando as geometrias mais estáveis e as populações dos confôrmeros envolvidos no equilíbrio na fase isolada e em solução. Para a realização dos cálculos DFT, utilizou-se o pacote de programas Gaussian 03. As superfícies de energia potencial (SEPs) foram obtidas com nível de teoria HF/6-311G e os pontos de menor energia, assumidos como possíveis geometrias mais estáveis, as quais foram otimizadas com o nível de teoria B3LYP/cc-PVTZ. Para a estrutura do NAA, encontrou-se sete geometrias mais estáveis. O confôrmero majoritário do NAA apresentou uma população relativa de 31,9% do equilíbrio. Para a estrutura do NMA, encontrou-se dez geometrias. O confôrmero majoritário apresentou uma população relativa a 35,4% do equilíbrio. No caso da estrutura do NDA, obteve-se também sete geometrias. O confôrmero majoritário apresentou uma população relativa a 46,5% do equilíbrio. Além do equilíbrio em fase isolada, avaliou-se estas estruturas com cálculos de solvatação e observou-se que as populações dos confôrmeros foram alteradas, porém os mesmos confôrmeros majoritário em fase isolada, continuaram majoritários em solução. A fim de confrontar os dados teóricos com dados obtidos experimentalmente, estes compostos foram sintetizados e, portanto realizadas análises espectroscópicas de RMN a qual analisou-se as constantes de acoplamento 2J e 3J e no IV, realizou-se a deconvolução da banda da carbonila.

Several studies have long been carried out for inorganic compounds involving a net of SiO chemical bonds. This is due to fact of these chemical bonds be present in high number of many inorganic materials. The formation process of these compounds involving SiO bonds is well-known as sol-gel technology, which give rises to the molecular systems containg the silanol functional group as one of most important intermediate species of the process. Due to major industrial importance of process, a systematic theoretical studied based on DFT/B3LYP/6-311+G(d,p) methodology was performed to evaluate the conformational and vibrational variation of tetraethoxysilane (TEOS) and its complete and incomplete hydrolysis products. First of all, a conformational analysis was done considering several conformers of silicic acid, Si(OH)4, which was obtained using the following point group symmetry: D2d, S4, C2v e Cs. These structures were investigated by using different rotations for the formation of the potential energy curves, where the most stable geometry was later optimized. These results indicate the S4 conformer as the global minimum structure for complete hydrolysis product,Si(OH)4. At a later time, frequency calculations were performed to investigated the harmonic vibrational spectra of the most stable conformers within the D2d, S4, C2v e Cs symmetry point groups. The obtained results pointed out that the perfil of vibration spectra, between 700-1000 cm-1, shows different characteristics along the decrease of the point group symmetry, which is indicated by the formation of the two active frequency models in C2v and Cs structures. In a second part of this study, a conformational study was carried out to obtain the geometries of the incomplete hydrolysis products of TEOS, Si(OC2H5)4-n(OH)n, withn=1-3. Geometry optimization and vibrational calculations were performed for these structures. The main results are compared with the silicic acid and indicate a hypsocromic shift of vibrational mode Þas SiO as the etoxi group (.OC2H5) is substituted by smaller hydroxil groups (.OH). / Uma ampla serie de trabalhos contendo redes de ligacoes SiO tem sido desenvolvidos nos ultimos anos, pelo fato destas ligacoes estarem presentes em diversos materiais inorganicos. O processo de formacao destas redes SiO e conhecido como tecnologia sol-gel, o qual apresenta moleculas contendo o grupo funcional silanol como uma das mais importantes especies intermediarias formadas.Devido a importancia industrial desse processo, neste trabalho foi abordado um estudo teorico e computacional sistematico sobre a variacao conformacional e vibracional do tetraetoxisilano(TEOS) e seus produtos de hidrolise completa e incompleta, para isso o metodo teorico DFT/B3LYP/6-311+G(d,p) foi usado.Em um primeiro momento, neste estudo, os diversos conformeros do acido silicico, Si(OH)4, foram obtidos considerando os grupos de simetria D2d, S4, C2v e Cs. Essas estruturas foram investigadas utilizando diferentes criterios de rotacao para a geracao das curvas de energia potencial, que posteriormente, tiveram suas geometrias otimizadas. Os resultados obtidos na analise das curvas de energia potencial bem como os calculos de otimizacao de geometria permitiram-nos identificar a estrutura de grupo pontual S4 como sendo o conformero mais estavel em energia para o produto de hidrolise completa do Si(OH)4. Posteriormente, um estudo vibracional foi realizado para os conformeros mais estaveis de cada grupo de simetria D2d, S4, C2v e Cs. Os resultados obtidos mostraram que a aparencia dos espectros de infravermelho, no intervalo entre 700-1000 cm-1, apresentou caracteristicas diferentes no sentido do decrescimo de simetria dos grupos pontuais, provocados pelo desdobramento de alguns modos ativos no infravermelho nos grupos pontuais C2v e Cs. Em um segundo momento,um estudo conformacional foi realizado para se obter as geometrias dos produtos de hidrolise incompleta do TEOS,Si(OC2H5)4-n(OH)n, com n=1-3.Essas geometrias foram otimizadas e, em seguidauma analise espectroscopica foi elaborada para os sistemas molecularesmais estaveis.Os resultados obtidos sao comparados com o acido silicio e mostraram um deslocamento batocromico da frequencia do modo vibracional Þas SiOa medida que grupos etoxi (.OC2H5) vao sendo substituidos por grupos menos volumosos, o hidroxil (.OH).

Capes / Este trabalho teve por objetivos a síntese dos isômeros cis e trans do acetal 2-fenil-5-hidróxi-1,3-dioxano (FHD), e o estudo dos equilíbrios conformacionais por cálculos teóricos. A metodologia experimental consistiu na produção dos acetais através da reação de acetalisação do glicerol com benzaldeído em meio ácido. A separação dos isômeros do FHD promoveu-se por cromatografia de camada fina e em coluna. No estudo teórico as conformações iniciais tiveram suas geometrias otimizadas e comparadas as posições otimizadas com as estruturas semelhantes do 4-fenilcicloexanol (FCO). As superfícies de energias potenciais (PES) foram construídas pelos giros de 10 em 10º dos diedros C7-C8-C2-O1 referente ao anel aromático e ao diedro C4-C5-O13-H25 da hidroxila. A influência de diferentes substituintes nos equilíbrios conformacionais foi determinada através da inserção dos seguintes grupos na posição meta do anel aromático: NO2, CHO, CF3, Cl, F, CH3, OCH3, OH, NH2 e N(CH3)2. Também foram realizados os estudos de NBO e a determinação das cargas atômicas pelos métodos Mulliken, NBO e APT. Nos cálculos teóricos foi utilizado o método B3LYP na função de base 6-311G++(d,p). Os resultados experimentais indicaram que com o eluente hexano/acetona na proporção 1:1 foi possível isolar os isômeros cis e trans do FHD. Quanto ao estudo teórico, a otimização das conformações mostrou a presença das ligações de hidrogênio intramoleculares (LHI) O-H...O entre o hidrogênio da hidroxila e os oxigênios do dioxano, e a existência das inéditas LHI C-H...O entre os hidrogênios orto do anel aromático e os oxigênios do dioxano. A otimização das geometrias e as PES indicaram uma maior estabilização da conformação eqeq em relação ao axax do isômero trans de 1,04 kcal.mol-1, devido a maior força das LHI C-H...O com o fenil na equatorial. No isômero cis a conformação eqax apresentou ser mais estável do que a axeq em 4,29 kcal.mol-1 motivada pela maior força das LHI C-H...O e O-H...O. A influência dos substituintes no isômero trans foi muito significativa a ponto de atingir-se uma redução na proporção da conformação diaxial de 15% para 1% com o substituinte NO2 e um aumento para 44% com o grupo N(CH3)2. Por fim as análises de NBO e a determinação das cargas atômicas mostraram a baixa densidade eletrônica dos hidrogênios orto que favorecem a formação das LHI C-H...O / This work aimed to the synthesis cis and trans isomers of the 2-phenyl-5-hydroxy-1,3-dioxane (PHD) acetal and the study of conformational equilibria by theoretical calculations. Acetals were prepared by acetalization reaction of glycerol with benzaldehyde under acidic conditions. The isomers separations were promoted by thin layer and column chromatography. In the theoretical study the initial conformations were optimized and theirs geometries were compared with the optimized structures of similar 4-phenylcyclohexanol (PCO). The potential energy surfaces (PES) were made by turn dihedral angle C7-C8-C2-O1 and C4-C5-O13-H25 by 10 in 10 degrees to 360o. The influence of substituent on conformational equilibrium were determined by inserting the groups NO2, CHO, CF3, Cl, F, CH3, OCH3, OH, NH2 and N(CH3)2 at the meta position of the aromatic ring. Studies were also performed with NBO and by atomic charges determination using Mulliken, NBO, and APT methods. Theoretical calculations were made using B3LYP method and 6-311++G(d, p) basis function. Experimental results indicated that was possible isolate the cis and trans isomers of PHD with hexane/acetone 1:1. As for the theoretical study, the optimization of the conformations showed the presence of intramolecular hydrogen bonds (IHB) OH...O between the hydroxyl hydrogen and oxygen of dioxane. It was observed the existence of unpublished IHB CH...O between the ortho hydrogen of aromatic ring and dioxane oxygen. The optimization of geometries and PES indicated a more stable conformation eqeq than axax in relation to the trans isomer of 1.04 kcal.mol-1. This is due the greater strength of IHB CH...O with the phenyl group in equatorial position. In the cis isomer the conformation eqax it was more stable than axeq by 4.29 kcal.mol-1 because of greater strength of IHB CH...O and OH...O. The influence of the substituent in the trans isomer werevery significant to reduces diaxial conformer of 15% to 1% with the NO2 group and increases to 44% with N(CH3)2 group. Finally the NBO analysis and the determination of atomic charges showed low electron density of the ortho hydrogen indicating IHB CH...O.

Capes / Este trabalho teve por objetivos a síntese dos isômeros cis e trans do acetal 2-fenil-5-hidróxi-1,3-dioxano (FHD), e o estudo dos equilíbrios conformacionais por cálculos teóricos. A metodologia experimental consistiu na produção dos acetais através da reação de acetalisação do glicerol com benzaldeído em meio ácido. A separação dos isômeros do FHD promoveu-se por cromatografia de camada fina e em coluna. No estudo teórico as conformações iniciais tiveram suas geometrias otimizadas e comparadas as posições otimizadas com as estruturas semelhantes do 4-fenilcicloexanol (FCO). As superfícies de energias potenciais (PES) foram construídas pelos giros de 10 em 10º dos diedros C7-C8-C2-O1 referente ao anel aromático e ao diedro C4-C5-O13-H25 da hidroxila. A influência de diferentes substituintes nos equilíbrios conformacionais foi determinada através da inserção dos seguintes grupos na posição meta do anel aromático: NO2, CHO, CF3, Cl, F, CH3, OCH3, OH, NH2 e N(CH3)2. Também foram realizados os estudos de NBO e a determinação das cargas atômicas pelos métodos Mulliken, NBO e APT. Nos cálculos teóricos foi utilizado o método B3LYP na função de base 6-311G++(d,p). Os resultados experimentais indicaram que com o eluente hexano/acetona na proporção 1:1 foi possível isolar os isômeros cis e trans do FHD. Quanto ao estudo teórico, a otimização das conformações mostrou a presença das ligações de hidrogênio intramoleculares (LHI) O-H...O entre o hidrogênio da hidroxila e os oxigênios do dioxano, e a existência das inéditas LHI C-H...O entre os hidrogênios orto do anel aromático e os oxigênios do dioxano. A otimização das geometrias e as PES indicaram uma maior estabilização da conformação eqeq em relação ao axax do isômero trans de 1,04 kcal.mol-1, devido a maior força das LHI C-H...O com o fenil na equatorial. No isômero cis a conformação eqax apresentou ser mais estável do que a axeq em 4,29 kcal.mol-1 motivada pela maior força das LHI C-H...O e O-H...O. A influência dos substituintes no isômero trans foi muito significativa a ponto de atingir-se uma redução na proporção da conformação diaxial de 15% para 1% com o substituinte NO2 e um aumento para 44% com o grupo N(CH3)2. Por fim as análises de NBO e a determinação das cargas atômicas mostraram a baixa densidade eletrônica dos hidrogênios orto que favorecem a formação das LHI C-H...O / This work aimed to the synthesis cis and trans isomers of the 2-phenyl-5-hydroxy-1,3-dioxane (PHD) acetal and the study of conformational equilibria by theoretical calculations. Acetals were prepared by acetalization reaction of glycerol with benzaldehyde under acidic conditions. The isomers separations were promoted by thin layer and column chromatography. In the theoretical study the initial conformations were optimized and theirs geometries were compared with the optimized structures of similar 4-phenylcyclohexanol (PCO). The potential energy surfaces (PES) were made by turn dihedral angle C7-C8-C2-O1 and C4-C5-O13-H25 by 10 in 10 degrees to 360o. The influence of substituent on conformational equilibrium were determined by inserting the groups NO2, CHO, CF3, Cl, F, CH3, OCH3, OH, NH2 and N(CH3)2 at the meta position of the aromatic ring. Studies were also performed with NBO and by atomic charges determination using Mulliken, NBO, and APT methods. Theoretical calculations were made using B3LYP method and 6-311++G(d, p) basis function. Experimental results indicated that was possible isolate the cis and trans isomers of PHD with hexane/acetone 1:1. As for the theoretical study, the optimization of the conformations showed the presence of intramolecular hydrogen bonds (IHB) OH...O between the hydroxyl hydrogen and oxygen of dioxane. It was observed the existence of unpublished IHB CH...O between the ortho hydrogen of aromatic ring and dioxane oxygen. The optimization of geometries and PES indicated a more stable conformation eqeq than axax in relation to the trans isomer of 1.04 kcal.mol-1. This is due the greater strength of IHB CH...O with the phenyl group in equatorial position. In the cis isomer the conformation eqax it was more stable than axeq by 4.29 kcal.mol-1 because of greater strength of IHB CH...O and OH...O. The influence of the substituent in the trans isomer werevery significant to reduces diaxial conformer of 15% to 1% with the NO2 group and increases to 44% with N(CH3)2 group. Finally the NBO analysis and the determination of atomic charges showed low electron density of the ortho hydrogen indicating IHB CH...O.

Um dos maiores desafios atuais na biologia estrutural é como lidar com flexibilidade de proteínas. Além do desafio experimental, uma limitação teórica é a falta de uma linguagem matemática conveniente para representação do espaço conformacional de proteínas. As representações mais populares apresentam diversas limitações, que se refletem nas dificuldades associadas à análise de ensembles conformacionais. Nesse contexto, a aplicação de geometria diferencial (GD) e teoria da informação (TI) foi pouco explorada. Neste trabalho investigamos o uso de descritores de GD e TI como uma representação matemática do espaço conformacional de proteínas aplicada à análise de ensembles conformacionais. O cálculo dos descritores de GD consiste em representar o backbone de proteínas como curvas espaciais e caracterizá-las utilizando os seus valores de curvatura, κ, e torção, τ . Baseado nesses valores, definimos medidas de flexibilidade, de distância entre conformações e aplicamos uma estratégia de clustering para identificação de estados conformacionais. Para permitir a aplicação de TI, desenvolvemos um sistema de codificação desses descritores para expressar cada conformação por uma sequência de símbolos finitos. A partir dessas sequências, definimos uma medida da informação associada a um resíduo, Rres, e a uma conformação, Rconf. Para investigar sua eficácia, aplicamos os métodos propostos aos ensembles conformacionais de três sistemas testes: 1) Ubiquitina, 2) E1-DBD do HPV18 e 3) as etapas de formação do complexo c-Myb-KIX. A análise da representação por geometria diferencial se mostrou igualmente eficaz ou superior aos métodos comumente utilizados em todos os sistemas analisados. O método é especialmente útil para monitoramento de estabilidade de hélices e para análise de proteínas e regiões muito flexíveis, pois evita a necessidade de sobreposição estrutural. Os valores de Rconf se apresentaram úteis para análise de processos de enovelamento e resíduos próximos a regiões funcionais tendem a apresentar maiores valores Rres. No entanto, o papel desses resíduos é incerto e mais estudos são necessários para determinar se há e qual é seu real significado. Apesar disso, as medidas de informação se mostraram úteis para comparação de estados conformacionais e permitem levantar hipóteses testáveis em laboratório. Por fim, a representação por GD é computacionalmente conveniente, intuitiva, evita todas as limitações dos métodos popularmente utilizados e se mostrou eficaz para análise de ensembles conformacionais. / One of the major challenges of modern structural biology is how to deal with protein flexibility. Besides the experimental difficulties, a relatively overlooked theoretical challenge is the lack of a proper mathematical language to represent proteín conformational space. The most popular representations have severe limitations, which reflects on the difficulties associated with conformational ensemble analyses. However, differential geometry (GD) and information theory (TI) can help to overcome such difficulties and were not well explored in this context. Here we investigate the usage of DG and TI as a mathematical representation of protein conformational space applied to the analyses of conformational ensembles. The DG descriptors calculation consists of representing protein backbone as a spatial curve and describes it by its curvature, κ, and torsion, τ . Based on those values, the distance between conformation and flexibility measurements were defined and a clustering algorithm was applied to identify conformational states. For the application of TI, a coding system for DG descriptors was developed to express each conformation as a sequence of finite symbols. Based on those sequences, information measurements associated to a residue, Rres, and to a conformation, Rconf , were defined. To investigate its efficacy, the proposed method was applied to conformation ensembles of three test systems: 1) Ubiquitin, 2) E1-DBD of HPV18 and 3) the steps of c-Myb-KIX binding. The DG analyses show equally good or superior performance when compared with popular methods on all tested system. In addition, the methods are especially useful to monitoring helix stability and analyses of very flexible proteins (or regions), since avoids the necessity of superposing structures. The values of Rconf are useful to compare different steps of a folding process and residues near regions involved in binding events tend to present higher values of Rres. However, those residues importance is uncertain and further studies are necessary to determinate if and how those can contribute to protein function. Nevertheless, the information measurements were informative on the comparison of compare conformational states and allow to formulate a testable hypothesis. On the other hand, the GD representation is computationally convenient, intuitive and avoid most of the limitations of the popular method applied to conformational ensemble analyses.

Several studies have long been carried out for inorganic compounds involving a net of SiO chemical bonds. This is due to fact of these chemical bonds be present in high number of many inorganic materials. The formation process of these compounds involving SiO bonds is well-known as sol-gel technology, which give rises to the molecular systems containg the silanol functional group as one of most important intermediate species of the process. Due to major industrial importance of process, a systematic theoretical studied based on DFT/B3LYP/6-311+G(d,p) methodology was performed to evaluate the conformational and vibrational variation of tetraethoxysilane (TEOS) and its complete and incomplete hydrolysis products. First of all, a conformational analysis was done considering several conformers of silicic acid, Si(OH)4, which was obtained using the following point group symmetry: D2d, S4, C2v e Cs. These structures were investigated by using different rotations for the formation of the potential energy curves, where the most stable geometry was later optimized. These results indicate the S4 conformer as the global minimum structure for complete hydrolysis product,Si(OH)4. At a later time, frequency calculations were performed to investigated the harmonic vibrational spectra of the most stable conformers within the D2d, S4, C2v e Cs symmetry point groups. The obtained results pointed out that the perfil of vibration spectra, between 700-1000 cm-1, shows different characteristics along the decrease of the point group symmetry, which is indicated by the formation of the two active frequency models in C2v and Cs structures. In a second part of this study, a conformational study was carried out to obtain the geometries of the incomplete hydrolysis products of TEOS, Si(OC2H5)4-n(OH)n, withn=1-3. Geometry optimization and vibrational calculations were performed for these structures. The main results are compared with the silicic acid and indicate a hypsocromic shift of vibrational mode Þas SiO as the etoxi group (.OC2H5) is substituted by smaller hydroxil groups (.OH). / Uma ampla serie de trabalhos contendo redes de ligacoes SiO tem sido desenvolvidos nos ultimos anos, pelo fato destas ligacoes estarem presentes em diversos materiais inorganicos. O processo de formacao destas redes SiO e conhecido como tecnologia sol-gel, o qual apresenta moleculas contendo o grupo funcional silanol como uma das mais importantes especies intermediarias formadas.Devido a importancia industrial desse processo, neste trabalho foi abordado um estudo teorico e computacional sistematico sobre a variacao conformacional e vibracional do tetraetoxisilano(TEOS) e seus produtos de hidrolise completa e incompleta, para isso o metodo teorico DFT/B3LYP/6-311+G(d,p) foi usado.Em um primeiro momento, neste estudo, os diversos conformeros do acido silicico, Si(OH)4, foram obtidos considerando os grupos de simetria D2d, S4, C2v e Cs. Essas estruturas foram investigadas utilizando diferentes criterios de rotacao para a geracao das curvas de energia potencial, que posteriormente, tiveram suas geometrias otimizadas. Os resultados obtidos na analise das curvas de energia potencial bem como os calculos de otimizacao de geometria permitiram-nos identificar a estrutura de grupo pontual S4 como sendo o conformero mais estavel em energia para o produto de hidrolise completa do Si(OH)4. Posteriormente, um estudo vibracional foi realizado para os conformeros mais estaveis de cada grupo de simetria D2d, S4, C2v e Cs. Os resultados obtidos mostraram que a aparencia dos espectros de infravermelho, no intervalo entre 700-1000 cm-1, apresentou caracteristicas diferentes no sentido do decrescimo de simetria dos grupos pontuais, provocados pelo desdobramento de alguns modos ativos no infravermelho nos grupos pontuais C2v e Cs. Em um segundo momento,um estudo conformacional foi realizado para se obter as geometrias dos produtos de hidrolise incompleta do TEOS,Si(OC2H5)4-n(OH)n, com n=1-3.Essas geometrias foram otimizadas e, em seguidauma analise espectroscopica foi elaborada para os sistemas molecularesmais estaveis.Os resultados obtidos sao comparados com o acido silicio e mostraram um deslocamento batocromico da frequencia do modo vibracional Þas SiOa medida que grupos etoxi (.OC2H5) vao sendo substituidos por grupos menos volumosos, o hidroxil (.OH).

Orientador: Roberto Rittner Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-16T12:43:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_CarinaRabelo_D.pdf: 1755898 bytes, checksum: c7a1d0009ba787233a8957afb35ccedb (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho apresenta estudos teóricos e experimentais sobre estabilidade conformacional de ésteres metílicos de alguns aminoácidos (glicina, alanina, prolina e ácido aspártico) por meio de espectroscopia vibracional e cálculos teóricos da estrutura eletrônica. Os cálculos teóricos foram efetuados com o método ab initio em nível MP2 e com o da Teoria do Funcional de Densidade (¿DFT¿) com diferentes conjuntos de bases e com correção de energia do ponto zero ¿ZPE¿, disponíveis no pacote Gaussian03. Determinaram-se as energias e geometrias dos confôrmeros mais estáveis na fase vapor e com a inclusão dos efeitos do solvente. Os espectros no infravermelho na região do estiramento fundamental do grupo carbonila e no seu primeiro ¿overtone¿, em solventes de diferentes constantes dielétricas, assim como o comportamento dos acoplamentos JHH e JCH em solução foram utilizados para determinar o número e as populações dos rotâmeros presentes. A análise conjunta dos dados permitiu avaliar quais são os fatores responsáveis pela estabilidade conformacional nos ésteres de aminoácidos estudados. No caso do éster do ácido aspártico realizou-se um estudo detalhado RMN de H e C a fim de verificar se os acoplamentos JHH e JCH, dos grupos CH e CH2 apresentavam variação com a mudança da população dos confôrmeros, uma vez que os hidrogênios do grupo CH2 são diastereotópicos, portanto apresentam deslocamentos químicos diferentes e acoplam entre si. Estes dados foram tratados pelo programa Models juntamente com as geometrias previamente otimizadas, o que forneceu informações detalhadas sobre o comportamento conformacional da molécula em solução e também no vapor / Abstract: The present work reports a theoretical and experimental study on the conformational analysis of some amino acid methyl esters (glycine, alanine, proline and acid aspartic) through IR and NMR spectroscopy, and theoretical calculations. The results from ab initio calculations of energy and structure for the main conformers were performed with the Gaussia03 program using MP2 and DFT theory including ZPE corrections and salvation effects. The infra-red spectrum in solvents with wide range of dielectric constants as well the behavior of couplings constants JHH and JCH in solution were used to determine the number and the populations of the rotamers in solution. The analysis of the data allowed the evaluation of the factors responsible for conformacional stability in the studied compounds. For the acid aspartic ester, a detailed investigation was performed using the through Models program, with the optimized geometries from Gaussian combined with experimental couplings constant values, which yielded detailed information on the conformacional behavior of the molecule in solution and also in the vapor / Doutorado / Quimica Organica / Doutor em Ciências

Orientador: Roberto Rittner Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T03:12:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Doi_TelmaRie_D.pdf: 1964299 bytes, checksum: 3c38a112527a72cac6749c623cf285dd (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Estudou-se o equilíbrio conformacional de acetonas 1-monossubstituídas e 1,1-dissubstituídas por RMN, IV e cálculos teóricos. Os resultados que foram obtidos para as acetonas 1-halossubstituídas (cloro-, bromo-, e iodoacetona) mostraram a existência de dois rotâmeros mais estáveis, em todos os casos: cis e gauche, que foram previstos pelos cálculos teóricos e observados experimentalmente. O estudo conformacional realizado em cima das constantes de acoplamento JCH indicou que a população dos rotâmeros variava de acordo com a polaridade do solvente, sendo o rotâmero gauche predominante em solventes apolares e o cis predominante em solventes polares. Para as haloacetonas, as diferenças de energia entre os rotâmeros, calculadas e experimentais, mostraram uma boa correlação. O estudo do isomerismo rotacional das demais acetonas mostrou que o comportamento da constante de acoplamento JCH sofre variação com a conformação molecular, como havia sido observado para as haloacetonas, somente para a metoxiacetona e 1,1-dicloroacetona. Essa constante, portanto, só pôde ser empregada no estudo conformacional dessas duas acetonas. Para a metoxiacetona, os rotâmeros mais estáveis são o trans e o cis, sendo que a variação de JCH é devido aos sub-rotâmeros trans. Já para a 1,1-dicloroacetona, o rotâmero cis é predominante em solventes apolares e o gauche em solventes polares. Neste caso, também existe uma correlação entre os resultados calculados e experimentais. Para os outros compostos (hidroxiacetona, 1,1-dibromoacetona e N,N-dimetilaminoacetona), o uso de resultados de cálculos de efeito de solvente usando a teoria de Onsager auxiliaram no estudo do isomerismo rotacional / Abstract: The conformational equilibrium of 1-monosubstituted and 1,1-disubstituted acetones was studied by NMR, IR, and theoretical calculations. The existence of two most stable rotamers - cis and gauche - was shown to occur in all 1-halosubstituted acetones (chloro-, bromo-, and iodoacetone), as predicted by the theoretical calculations and observed experimentally. The JCH-based conformational study indicated that the rotamer population changed according to the solvent polarity: gauche predominates in less polar solvents, and cis predominates in more polar solvents. For the haloacetones, there was good correlation between the calculated and experimental rotamer energy differences. The study of the rotational isomerism of the other acetones showed that a similar behaviour of the JCH coupling constant only happened for methoxyacetone and 1,1-dichloroacetone. That constant, therefore, could only be used in the conformational study of those two acetones. Cis and trans rotamers are the most stable forms for methoxyacetone, and the JCH variation is due to the trans sub-rotamers. For 1,1-dichloroacetone, cis predominates in less polar solvents, and gauche in more polar solvents. In this case, there is also a good correlation between calculated and experimental results. For the other compounds (hydroxyacetone, 1,1-dibromoacetone, and N,N-dimethylaminoacetone), the use of solvent effect calculations based on Onsager's theory helped understand their rotational isomerism / Doutorado / Quimica Organica / Doutor em Quimica

A presente tese relata, em sua primeira parte, o estudo de reatividade das reações competitivas de Michaelis-Arbuzov e Perkow de algumas &#945-haloacetofenonas-orto e meta-substituídas [o- e m-Y-&#934-C(O)CH2-Hal] (Hal = CI, Br e I; Y = OMe, Me, H, F, CI, Br e NO2) com o trietilfosfito. Estas reações foram acompanhadas por cromatografia a gás e observou-se que no caso das reações das &#945-bromoacetofenonas-meta-substituídas as proporções dos produtos de Michaelis-Arbuzov e Perkow, cetofosfonato e enolfosfato respectivamente, estão diretamente relacionadas à constante &#963m, enquanto que nas &#945-cloro e &#945-iodoacetofenonas-orto-substituídas não foram observados os efeitos dos substituintes. Entretanto, nas &#945-bromoacetofenonas- orto-substituídas, verificou-se uma forte dependência da constante &#963I dos substituintes com as proporções relativas dos produtos formados. Na segunda parte desta tese, foi realizado um estudo conformacional de 7 séries de &#945-heteroacetofenonas-orto e meta-substituídas [o- e m-Y-&#934-C(O)CH[X]-P(O)(OEt)2] (X = H, SMe, S(O)Me e SO2Me; Y = OMe, Me, H, F, CI, Br e NO2), através da espectroscopia no infravermelho apoiada por cálculos ab initio HF/6-31 G**. Foi observada, para a maioria dos casos, a presença de um ou dois confôrmeros em solução, onde na maioria dos casos a conformação mais estável é a gauche (sin-clinal) e a segunda mais estável é ou cis (sin-periplanar) ou gauche (anti-clinal). Na série das &#945-metiltio-&#945-dietoxifosforilacetofenonas-orto-substituídas não foi possível efetuar o estudo conformacional devido a enolização presente nestes compostos. Nas &#945-metilsulfinil-&#945-dietoxifosforilacetofenonas-meta-substituídas verificou-se através das espectroscopias no infravermelho e ressonância magnética nuclear, a presença de um equilíbrio diastereomérico. / This thesis reports the study of the reactivity of the competitive Michaelis- Arbuzov and Perkow reactions of some orto- and meta- substituted &#945-haloacetophenones (I) [o- and m-Y-&#934-C(O)CH2-Hal] (Hal = CI, Br e I; Y = OMe, Me, H, F, CI, Br and NO2) with triethyl phosphite, by gas chromatography, and the conformational analysis of some orto- and meta-substituted &#945-heteroacetophenones (II) [o- and m-Y-&#934-C(O)CH[X]-P(O)(OEt)2] (X = H, SMe, S(O)Me and SO2Me; Y = OMe, Me, H, F, Cl, Br and NO2), by means of infrared spectroscopy and ab initio HF/6-31 G** computations. For reactions involving meta-substituted &#945-bromoacetophenones and triethylphosphite it was found a good correlation between the ketophosphonate / enolphosphate ratio (K/E) and the &#963m constant. The (K/E) ratios obtained from the reaction of the orto- substituted &#945-chloro- and &#945-iodo-acetophenones and triethylphosphite did not show a clear trend with any substituent constant. However, a good correlation between the (K/E) ratio and the &#963I constant was obtained in the case of the reaction involving the orto-substituted &#945-bromoacetophenones and triethylphosphite. The vco infrared analysis in general compares well with the ab initio calculations which showed the occurrence of one or two stable conformations for compounds of series (II), being the gauche (syn-clinal) the most stable and the cis (syn-periplanar) or the gauche (anti-clinal) the second one. The vco IR analysis of the orto-substituted &#945-methylthio-&#945-diethoxyphosphorylacetophenone series was precluded due to its strong enolization. As for the meta-substituted &#945-methylsulfinyl-&#945-diethoxyphosphoryl-acetophenones the IR and NMR spectroscopies along with the ab initio computations showed the ocurrence of a diastereomeric equilibrium both in gas and in solution.