Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-21T12:24:14Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rênica Alves de Morais Rocha - 2017.pdf: 2260972 bytes, checksum: a83ed3f29bbd36d22772760b5f5354b2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-21T12:24:55Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rênica Alves de Morais Rocha - 2017.pdf: 2260972 bytes, checksum: a83ed3f29bbd36d22772760b5f5354b2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-21T12:24:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rênica Alves de Morais Rocha - 2017.pdf: 2260972 bytes, checksum: a83ed3f29bbd36d22772760b5f5354b2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-30 / Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is one powerful experimental techniques for obtaining three-dimensional structures of complex molecules, mainly for the analysis of the relative and absolute configurations of organic compounds. For this reason, this has become one of the most promising tools in the field of chemistry. From the theoretical point of view, advanced computational protocols have been developed for calculating NMR, mainly 1 H and 13 C, parameters of isolated molecules, in which the environmental effects are neglected. These effects are predominantly related to the inherently large size of such systems, making conventional ab initio theories either very computationally demanding or even prohibitive. Despite the current advances in spectroscopic techniques, instances of revision of structures erroneously established for natural products are still common in the literature. Therefore, it is still necessary the development of quantum-chemical protocols that may assist in the correct structural determination of these compounds. This work aimed to generate a universal scaling factor, based on a linear regression, for the calculation of 13 C NMR chemical shifts for rigid molecules, which has low computational cost and great accuracy to aid in the structural determination of natural products. So, 22 small molecules, whose chemical shifts were obtained experimentally, were selected and submitted to randomized conformational searches using Monte Carlo method and MMFF force field. The most significant conformations for each compound were selected to energy minimization calculations carried out at the PM7 level of theory, followed by vibrational frequency calculations at the same level. The 13 C chemical shifts were calculated using the GIAO-mPW1PW91/3-21G level of theory. Scaled chemical shifts (δesc) were obtained according to the relation δ esc = 1,14 δ cal – 4,71. The robustness of the new protocol and its applicability to practical problems was evaluated by the calculation of the chemical shifts for two natural compounds with biological and therapeutic interest: tryptanthrin and (-)-loliolide. In order to test the application of the created scaling factor to problems related to stereochemistry, we investigated its ability to differentiate pentacyclic triterpenes regioisomers. Thus the 13 C NMR chemical shifts of the α-amirin, β-amirin, glutinol, α-amirin acetate, β-amirin acetate and glutinyl acetate molecules were calculated and scaloned. Our results show that the GIAO-mPW1PW91/3-21G//PM7 level of theory applied to the calculations, together with the use of the scaling factor, is an efficient and low-cost tool as an alternative to computational requirement approaches, usually applied to the calculation of 13 C NMR chemical shifts. / A espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) é uma técnica experimental poderosa para a obtenção de estruturas tridimensionais de moléculas complexas, principalmente para a análise das configurações relativas e absolutas de compostos orgânicos. Por esta razão, esta se tornou uma das ferramentas mais promissoras no campo da química. Do ponto de vista teórico, protocolos computacionais avançados foram desenvolvidos para o cálculo de RMN, principalmente de 1 H e 13 C, parâmetros de moléculas isoladas, em que os efeitos do meio ambiente são negligenciados. Estes efeitos são predominantemente relacionados com o tamanho inerentemente elevado de tais sistemas, tornando teorias convencionais ab initio computacionalmente muito exigentes ou mesmo inviáveis. Apesar dos recentes avanços em técnicas espectroscópicas, casos de revisão de estruturas de produtos naturais erroneamente estabelecidas ainda são encontrados na literatura. Portanto, é necessário o desenvolvimento de protocolos de cálculos quânticos que possam auxiliar na determinação estrutural correta destes compostos. Neste trabalho buscou-se gerar um fator de escalonamento universal, baseado emuma regressão linear, para o cálculo de deslocamentos químicos de RMN de 13 C, para moléculas rígidas, com baixo custo computacional e grande acurácia para auxiliar na determinação estrutural de produtos naturais. Para tal, 22 pequenas moléculas, cujos deslocamentos químicos foram obtidos experimentalmente, foram selecionadas e submetidas a buscas conformacionais estocásticas utilizando o método de Monte Carlo e o campo de forças MMFF. As conformações de menor energia de cada molécula foram selecionadas para a etapa de otimização de geometria, realizada no nível PM7, seguido por cálculos de frequência vibracional em mesmo nível. Os deslocamentos químicos de 13 C foram calculados utilizando o nível de teoria GIAO- mPW1PW91/3-21G. Já os deslocamentos químicos escalonados (δ esc ) foram obtidos de acordo com a relação δ esc = 1,14 δ cal – 4,71. A robustez do novo protocolo e sua aplicabilidade a problemas práticos foi avaliada através do cálculo de deslocamentos químicos para dois compostos naturais com interesse biológico e terapêutico: triptantrina e loliolida. De maneira a testar a aplicação do fator de escalonamento criado a problemas relacionados à estereoquímica investigou-se a sua capacidade em diferenciar triterpenos pentacíclicos regioisômeros. Assim os deslocamentos químicos de RMN de 13 C das moléculas de α-amirina, β-amirina, glutinol, acetato de α-amirina, acetato de β-amirin e acetato de glutinila, foram calculados e escalonados. Os resultados mostram que o nível de teoria GIAO-mPW1PW91/3-21G//PM7 aplicado para os cálculos, juntamente com a utilização do fator de escalonamento se mostra uma ferramenta eficaz e de baixo custo como uma alternativa para abordagens de exigência computacional, que são usualmente aplicados para a obtenção de cálculo de deslocamentos químicos de RMN de 13 C.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2019-02-01T09:56:12Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thaís Forest Giacomello - 2019.pdf: 3222145 bytes, checksum: 30b7cb27105455314142954d1f75610f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2019-02-01T10:05:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thaís Forest Giacomello - 2019.pdf: 3222145 bytes, checksum: 30b7cb27105455314142954d1f75610f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2019-02-01T10:05:20Z (GMT). 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Thus, it is extremely important to develop protocols that can assist in determining the correct structures of these molecules. In this work aimed to develop a parameterized protocol for NMR 13C chemical shift calculations with the purpose of assisting in the correct determination of polyphenol type molecules. Thus, a group of polyphenols, specifically a subclass of these, chalcones, having varied substituents and experimental structural elucidation were selected in the literature. This base of chalcones was submitted to randomized conformational searches using Monte Carlo method and MMFF force field. In addition, the configurators with energy of up to 3 kcal/mol of each chalcone were calculations optimization of geometry and frequency. The chemical shift of 13C was calculated after assuming Boltzmann statics. All of these calculations were performed using the mPW1PW91 / 6-31G (d) level. After that, the scaled chemical shifts (δesc) was defined. This was obtained using the expression δ𝑒𝑠𝑐 = 𝑎 𝑥 δ𝑐𝑎𝑙𝑐 + 𝑏, where a and b are the coefficients of linear regressions obtained between calculated (δcalc) versus experimental chemical shift. In order to validate the protocol, the scaling factor were used to obtain δesc values for chalcones different from those used in the base. The result shows that the level of theory applied reproduced excellently the experimental data. Calculations performed with a scaling factor lead to a better result than when there is no use of this factor. In addition, the applicability of the scaling factor allows the cancellation of systematic errors, which make δesc are closer to the experimental ones. Thus, the parameterized protocol was shown to be an important tool for the structural elucidation of polyphenols through theorotical calculations of ¹³C NMR chemical shifts. / Chalcona é uma classe de produtos naturais que tem muito interesse, principalmente farmacêutico, devido as suas ações biológicas. São moléculas não rígidas e complexas fazendo com que suas caracterizações estruturais se tornem tarefa difícil em técnicas experimentais. As técnicas espectroscópicas, nos últimos anos, tiveram um desenvolvimento muito rápido auxiliando bastante a elucidação de produtos naturais. No entanto, vários casos de revisão de estruturas de produtos naturais foram encontrados na literatura devido a ter elucidações errôneas em técnicas analíticas de rotinas experimentais. Com isso, é de extrema importância desenvolver protocolos que podem auxiliar na determinação de estruturas corretas dessas moléculas. Este trabalho buscou desenvolver um protocolo parametrizado para cálculo de deslocamento químico de RMN 13C com o intuíto de auxilar a determinação correta de moléculas tipo polifenóis. Assim, selecionou-se um grupo de polifenóis, especificamente uma subclasse desses, as chalconas, que possuissem substituintes variados e elucidação estrutural experimental na literatura. Essa base de chalconas foi submetida a buscas conformacionais estocásticas, onde usa-se o método Monte Carlo e campo de forças merck. Então, os confôrmeros com energia de até 3 kcal/mol de cada chalcona foram selecionados e assim feito cálculos de otimização de geometria e frequência. O deslocamento químico de 13C foi calculado após, considerando a distribuição populacional de Boltzmann. Todos esses cálculos foram realizados utilizando o nível mPW1PW91/6-31G(d). Após, com esses dados foi definido o deslocamento químico escalonado (δesc). Esse, foi obtido utilizando a expressão 𝛿𝑒𝑠𝑐=𝑎 𝑥 𝛿𝑐𝑎𝑙𝑐+𝑏, onde a e b são os coeficientes de regressões lineares obtidas entre os deslocamentos químicos calculados (δcalc) e experimentais. Para validação do método, o fator de escalonamento foi utilizado para obter os valores de δesc em outras chalconas diferentes das utilizadas na base. O resultado mostra que o nível de teoria aplicado permite uma boa reprodução dos dados experimentais. Os cálculos realizados com fator de escalonamento levam a um melhor resultado do que quando não há o uso deste fator. Além disso a aplicabilidade do fator de escalonamento permite o cancelamento de erros sistemáticos, o que faz com que os valores de δesc sejam mais próximos aos experimentais. Assim, o protocolo parametrizado mostrou-se uma importante ferramenta para a elucidação estrutural de polifenois através de cálculos de deslocamentos químicos de RMN ¹³C.