Ante la evidente necesidad de comprender los frecuentes cambios negativos que experimenta el planeta Tierra en los suelos, los ríos y la atmosfera y con la idea de intentar mitigar el cambio climático, aparece la química computacional como una rama de la química que nos permite estudiar y predecir diversas propiedadesfisicoquímicas de sistemas moleculares complejos de interés ambiental las cuales son, algunas veces, imposibles de estudiar de forma experimental. El presente artículo muestra un panorama molecular del comportamiento y características fisicoquímicas de algunos contaminantes atmosféricos estudiados a través de la química computacional / The urgent need to understand the frequent negative changes that the planet Earth suffer on its soil, rivers and atmosphere and the need to mitigate climate change makes computational chemistry stand out as a branch of chemistry that allows thestudy and prediction of different physicochemical properties of several complex molecular systems of environmental significance which are sometimes impossible to study in a laboratory. The present article shows a molecular overview of the behavior and physicochemical characteristics of some atmospheric pollutants studied through computational chemistry.

El Premio Nobel de Química de 2013 ha sido otorgado a A. Warshel, M. Levitt y M. Karplus debido al desarrollo de métodos híbridos de cálculo para química computacional. En este artículo se presentará una breve introducción del uso de los métodos de química computacional. Se describirá cómo se desarrollaron, y por qué, los métodos híbridos de cálculo, conocidos como QM/MM (Quantum Mechanics/Molecular Mechanics) para el estudio de sistemas macromoleculares, sobre todo para el caso de su aplicación en enzimas y bioquímica. Finalmente, se comentarán los alcances y expectativas futuras para estos métodos, desarrollados en los años 70. / The 2013 Nobel Prize in chemistry was awarded to A.Warshel, M.Levitt and M.Karplus for their contribution to the development of hybrid methods for computational chemistry. In this article a brief introduction about computational chemistry methods is presented. This paper will show the order in which the QM/MM (Quantum Mechanics/Molecular Mechanics) methods were developed for the study of macromolecular systems and specially their application in enzymes and biochemistry. Finally, the reach and future prospects of these methods originally developed by A. Warshel, M.Levitt and M. Karplus in the seventies will be discussed.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2017-07-31T12:42:09Z No. of bitstreams: 1 Leonardo Laercio dos Santos.pdf: 3925351 bytes, checksum: ebe56e1fe7f80247415035f5cc551ae3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-31T12:42:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leonardo Laercio dos Santos.pdf: 3925351 bytes, checksum: ebe56e1fe7f80247415035f5cc551ae3 (MD5) Previous issue date: 2017-03-09 / Complexes with lanthanide ions have been extensively studied due to their applications as luminescent and/or magnetic materials and for imaging and diagnostics, both as in crystalline form or thin films, glass or polymer matrices, and in solution. Applications involving their luminescent properties has been highlighted due to the fact that these compounds present high quantum efficiency, high emission intensity, good chemical and thermal stabilities, and emission spectra with narrow lines, making possible its use in various technology areas, such as photonics, displays, biological assays, sensors, catalysts etc. Recently, an increasing number of experimental works based on chemical shift data – NMR in solution have been reported in the literature and suggest fluxional structures in a wide variety of coordination compounds containing rare earth ions. Although fluxional behavior of lanthanides complexes is already known and studied for many years, the description of fluxionality mechanisms for these compounds is not yet established. There are no experimental and/or computational systematic studies in the literature elucidating such mechanisms. Also, the fact that the time scale of NMR measurements is in the same order of magnitude of the emitting states of Ln3+ lifetimes suggests that the determination of the fluxional mechanisms may assist in understanding quenching of luminescence of lanthanide compounds in solution, and may explain the lower quantum yield in solution than in the solid state. Another important question which remains open is, in view of the above mentioned results, which structure should be used in modeling luminescent properties. -diketonate coordination compounds with lanthanide ions have important applications mainly as luminescent probes. Thus, their structures in crystal and solution are relevant, and the use of the lanthanide induced shift (LIS) NMR measurements can provide structural information about these complexes as well as biomolecules in solution. The [Eu(BTFA)3BIPY] complex, where BTFA = 4,4,4-trifluoro-1-phenyl-1,3-butanedionate and BIPY = 2,2’-bipiridyl, has a well-defined X-ray crystallographic structure and its 1H NMR signals have been unambiguous assigned and used to yield structural differences between crystalline and solution phases. Motivated by these findings, we investigated a series of lanthanide-based coordination compounds of the type [Ln(BTFA)3L], where Ln3+ = Eu3+ or Yb3+, [Y(BTFA)3L] and L = BIPY or PHEN (PHEN =1,10-phenanthroline) in the theoretical-experimental point of view (synthesis, characterization, NMR measurements and computational calculations) aiming determine the relevant factors in the structure of the compounds that favor or not fluxional behavior and also investigate the relationship of that behavior to the quenching of luminescence in solution. Measurements of the 1H NMR signals at variable temperature in CD2Cl2 of the [Ln(BTFA)3L] complexes suggest that these compounds have a fluxional structure, because the crystal structure has the hydrogen atoms of non-equivalent btfa ligands, while the time scale on which are performed by measures of NMR at room temperature, all of the hydrogen atoms btfa ligands are equivalent, as well as for the hydrogen atoms of the bipy or phen ligand. For the [Eu(BTFA)3BIPY] complex, the broadening of the signals also suggests that the structure is starting to become rigid at this temperature, and should, at lower temperatures, show the asymmetry observed in the crystal. This behavior indicates that this complex has a fluxional structure. The structure of the complexes have been calculated with the hybrid DFT functional PBE0, using MWBX/6-31+G(O,N)/6-31G(F,C,H) and yielded results in very good agreement with the crystallographic data. Based on NMR data was proposed that it may provide a fluxional structure in solution. In fact, for the [Eu(BTFA)3BIPY] complex, the energy difference obtained between the structures are small, however, the barrier to structural interconversion through via dissociative was found to be quite high and could not explain the experimental observations. Thus, a mechanism of pseudo-rotation of ligands was proposed and the activation barrier was calculated for the rotation of btfa and bipy ligands. The computational results showed that the structure is highly fluxional, agreeing with the results obtained by chemical shift – NMR measurements as well as to the very small coalescence temperature, although there is an increase in the activation barrier along the lanthanide series (due to the decrease of the ionic radius and consequent increase of the steric effect). TD-DFT calculations show that different conformations of the complex [Eu(BTFA)3PHEN] alter the position of the states involved in the transfer of energy to the ion, which can lead to the change of the mechanisms of energy transfers that lead to luminescence. These results can aid in the rational design of more luminescent compounds and more efficient devices. / Complexos com íons lantanídeos têm sido extensivamente estudados devido às suas aplicações como materiais luminescentes e/ou magnéticos para imagens e diagnósticos, tanto na forma cristalina como em filmes finos, matrizes vítreas ou polímericas e em solução. As aplicações envolvendo suas propriedades luminescentes têm sido destacadas pelo fato de que estes compostos apresentam alta eficiência quântica, alta intensidade de emissão, boas estabilidades químicas e térmicas e espectros de emissão em linhas, possibilitando seu uso em diversas áreas, como fotônica, displays, ensaios biológicos, sensores, catalisadores etc. Recentemente, um número crescente de trabalhos experimentais baseados em dados de deslocamento químico - RMN em solução foram relatados na literatura e sugerem estruturas fluxionais em uma ampla variedade de compostos de coordenação contendo íons de terras raras. Embora o comportamento fluxional de complexos de lantanídeos já seja conhecido e estudado há muitos anos, a descrição dos mecanismos de fluxionalidade para estes compostos ainda não está estabelecida. Não existem estudos experimentais e/ou computacionais sistemáticos na literatura elucidando tais mecanismos. Além disso, o fato da escala temporal das medidas de RMN estarem na mesma ordem de grandeza dos estados emissores dos íons Ln3+ sugere que a determinação dos mecanismos fluxionais pode ajudar a compreender a supressão da luminescência de compostos de lantanídeos em solução e pode explicar o baixo rendimento quântico em solução do que no estado sólido. Outra questão importante que permanece aberta é, tendo em vista os aspectos supracitados, que estrutura deve ser utilizada na modelagem de propriedades luminescentes. Compostos de coordenação de íons lantanídeos com ligantes β-dicetonatos têm aplicações importantes principalmente como sondas luminescentes. Assim, as suas estruturas cristalinas e em solução são relevantes, e a utilização das medidas de RMN de deslocamento induzido por lantanídeos (LIS) pode proporcionar informação estrutural sobre esses complexos bem como biomoléculas em solução. O complexo [Eu(BTFA)3BIPY], onde BTFA = 4,4,4-trifluoro-1-fenil-1,3-butanodiona e BIPY = 2,2'-bipiridina, tem uma estrutura cristalográfica de raios X bem definida e os seus sinais de 1H RMN foram inequivocamente atribuídos e utilizados para produzir diferenças estruturais entre as fases cristalina e de solução. Motivados por esses achados, investigamos uma série de compostos de coordenação com íons lantanídeos do tipo [Ln(BTFA)3L], em que Ln3+ = Eu3+ ou Yb3+, [Y(BTFA)3L]e L = BIPY ou PHEN (PHEN = 1,10-fenantrolina), dos pontos de vista teórico e experimental (síntese, caracterização, medidas de RMN e cálculos computacionais), com o objetivo de determinar os fatores relevantes na estrutura dos compostos que favorecem ou não o comportamento fluxional e também investigar a relação desse comportamento com a supressão de luminescência em solução. A estrutura molecular dos complexos foi calculada com o funcional DFT híbrido PBE0, utilizando MWBX/6-31+G(O, N)/6-31G(F, C, H) e os resultados foram obtidos em concordância muito boa com os dados cristalográficos. Com base nos dados de RMN, foi proposto que pode existir uma estrutura fluxional em solução. De fato, para o complexo [Eu(BTFA)3BIPY], a diferença de energia obtida entre as estruturas é pequena, porém, a barreira à interconversão estrutural por uma via dissociativ foi bastante alta e não pôde explicar as observações experimentais. Assim, propôs-se um mecanismo de pseudo-rotação de ligantes e calculou-se a barreira de ativação para a rotação dos ligantes BTFA e BIPY. Os resultados computacionais mostraram que a estrutura é altamente fluxional, concordando com os resultados obtidos de deslocamento químico – RMN, bem como com a temperatura de coalescência muito pequena, embora haja um aumento na barreira de ativação ao longo da série dos lantanídeos (devido à diminuição do raio iônico e consequente aumento do efeito estérico). Os cálculos TD-DFT mostram que diferentes conformações do complexo [Eu(BTFA)3PHEN] alteram a posição dos estados envolvidos na transferência de energia para o íon, o que pode levar à mudança dos mecanismos de transferência de energia que levam à luminescência. Também a energia necessária para promover tal mecanismo de fluxionalidade pode favorecer a supressão da luminescência em solução. Estes resultados podem auxiliar na proposição racional de compostos mais luminescentes e dispositivos mais eficientes.

Realizamos uma caracterização estrutural e eletrônica dos inibidores enzimáticos E-64 e CA030 utilizando técnicas de química quântica. Otimizações de geometria são realizadas em nível ab initio com os métodos Hartree-Fock e Teoria do Funcional da Densidade e estas estruturas são então comparadas com os resultados cristalográficos obtidos do Protein Data Bank. O cálculo do espectro de vibração infravermelho foi realizado para assegurar que as estruturas eram pontos de mínimo. Nós também fizemos a atribuição das freqüências vibracionais aos grupos funcionais das moléculas. A caracterização eletrônica é obtida com o cálculo do espectro de absorção ultravioleta-visível. Efeitos de solvente são contabilizados através da teoria de Campo de Reação Auto-Consistente. Uma análise detalhada das excitações do espectro calculado do E-64 e do CA030 é realizada e nós estudamos particularmente as transições características em torno de 200 nm. Tanto para o E-64 como para o CA030 nós identificamos o cromóforo responsável pela transição característica dos inibidores. Adicionalmente, nós levamos em consideração a influência da interação do CA030 com a catepsina B através do cálculo do espectro ultravioleta-visível do inibidor com o aminoácido cisteína. / We have made a structural and electronic characterization of the enzyme inhibitors E-64 and CA030 using quantum chemistry techniques. Geometry optimizations are performed in the ab initio level with the Hartree-Fock and Density Functional Theory methods and these structures are then compared with crystallographic results obtained from the Protein Data Bank. The infrared vibration spectrum calculation has been carried out to assure that the theoretical structures are true minima. We also have made an assignment of the vibrational frequencies to the functional groups of the molecules. The electronic characterization is performed with the calculation of the ultraviolet-visible absorption spectrum. Solvent effects are taken into account the Self Consistent Reaction Field theory. A detailed analysis of the calculated spectra of E-64 and CA030 excitations is given and we have particularly studied the characteristic transitions around 200 nm. For both the E-64 and the CA030 we have identified the chromophore responsible for the characteristic transition of the inhibitors. In addition, we have considered the influence of the interaction of the CA030 with the enzyme cathepsin B by calculating the ultraviolet-visible spectrum of the inhibitor with the cysteine amino acid.

Des del descobriment del buckminster ful.lerè el 1985, s'ha despertat un interés enorme per entendre la reactivitat química així com les propietats d'aquests compostos. La funcionalització exoèdrica del ful.lerè més abundant, el C60, està força ben establerta. Tanmateix, la investigació en aquest camp encara continua oberta ja que s'han sintetitzat una gran varietat de derivats molt prometedors donades les seves futures aplicacions. La tesi comprèn quinze capítols que contenen set publicacions relacionades. Els primers dos estudis es basen en la reacció Diels-Alder sobre els anomenats metal.loful.lerens endoèdrics TNT X3N@C78, X= Sc, Y. Aquest projecte de investigació està motivat pel desconeixament existent sobre les possibles conseqüències de l'encapsulació del grup X3N. El tercer estudi descriu minuciosament els canvis detectats en la funcionalització exoèdrica un cop s'ha produït l'encapsulació dels diferents gasos nobles. En aquesta tesi s'estudia en detall l'ús de l'aproximació ONIOM per a estudiar reaccions de cicloaddició en compostos ful.lerènics. Els resultats d'aquest projecte són d'alt interès per a la realització dels estudis posteriors sobre la reacció de Diels-Alder i la 1,3-dipolar en ful.lerens i derivats. Finalment, l'última part d'aquesta tesi es basa en les propietats antioxidants de determinats ful.lerens. A l'últim treball inclòs en aquesta tesi s'estudia en detall el mecanismo de reacció per a la eliminació del ió superòxid en presència de ful.lerens. / Since the buckminster fullerene discovery in 1985, a huge interest for understanding the chemical reactivity as well as the chemical properties of fullerene compounds has been awakened. The exohedral functionalization of the archetypal compound C60 is nowadays considered to be quite well-established. Still, the research in this field is open as a wide variety of derivatives with intriguing potential applications have been synthesized. The thesis is divided into fifteen chapters that contain seven related publications. The first two studies are based on the Diels-Alder reaction involving the Trimetallic Nitride Template (TNT) endohedral metallofullerenes X3N@C78, X = Sc, Y . This investigation project was basically motivated by the unclear evidence about the possible consequences of the X3N. The third study thoroughly describes the change on the exohedral functionalization upon noble gas encapsulation. In the fourth study included in this thesis, the performance of the ONIOM approach for studying cycloaddition reactions involving fullerene compounds is studied in detail. Results from the latter project are of interest for the following studies involving the 1,3-dipolar and the Diels-Alder cycloaddition reactions where the ONIOM strategy is employed. Finally, the last part of this thesis is based on the antioxidant properties of fullerene compounds, where the mechanism of action for the superoxide removal involving fullerene compounds is unraveled. The understanding of the SOD removal mechanism could represent a big improvement to design new fullerene derivatives with higher antioxidant properties.

Des del seu descobriment, a la molècula C60 se li coneixen una varietat de derivats segons el tipus de funcionalització amb propietats fisicoquímiques específiques de gran interès científic. Una sel·lecció de derivats corresponents a addicions simple o múltiple al C60 s'ha considerat en aquest treball d'investigació. L'estudi a nivell de química computacional de diversos tipus d'addició al C60 s'han portat a terme per tal de poder donar resposta a aspectes que experimentalment no s'entenen o són poc clars.Els sistemes estudiats en referència a l'addició simple al C60 han estat en primer lloc els monoiminoful·lerens, C60NR, (de les dues vies proposades per la seva síntesi, anàlisis cinètic i termodinàmic han ajudat a explicar els mecanismes de formació i justificar l'addició a enllaços tipus [5,6]), i en segon lloc els metanoful·lerens i els hidroful·lerens substituits, C60CHR i C60HR, (raons geomètriques, electròniques, energètiques i magnètiques justifiquen el diferent caràcter àcid ente ambdós derivats tenint en compte una sèrie de substituents R amb diferent caràcter electrònic donor/acceptor). Els fluoroful·lerens, C60Fn, i els epoxid ful·lerens, C60On, (anàlisi sistemàtic dels seus patrons d'addició en base a poder justificar la força que els governa han aportat dades complementàries a les poques que existeixen experimentalment al respecte). / Since the discovery of C60 molecule a large number of derivatives molecules have been described with a great scientific interest of their specific physical and chemical properties. A selection of single and multiple addition products has been considered in this investigation. Study at Computational Chemistry level for this selected derivatives have been carried out in order to give answer to several points that experimentally are not understandable or not enough clear.As single addition derivatives, firstly were studied the monoiminofullerenes, C60NR, (two routes of synthesis have been considered, kinetic and thermodynamic analysis have help to explain formation mechanisms and justify the possible addition at [5,6]-type bonds), and secondly the methanofullerenes and the substituted hydrofullerenes, C60CHR and C60HR, (geometric, electronic, energetic and magnetic reasons justify the different acid character between both series of derivatives taking care on the influence of R substituents with different donor/acceptor character). The fluorofullerenes, C60Fn, and the epoxide fullerenes, C60On, have been studied as multiple addition derivatives (systematic analysis of the addition pattern have been performed in the way to find reasons to justify the driving force of the multiple addition process).

Realizamos uma caracterização estrutural e eletrônica dos inibidores enzimáticos E-64 e CA030 utilizando técnicas de química quântica. Otimizações de geometria são realizadas em nível ab initio com os métodos Hartree-Fock e Teoria do Funcional da Densidade e estas estruturas são então comparadas com os resultados cristalográficos obtidos do Protein Data Bank. O cálculo do espectro de vibração infravermelho foi realizado para assegurar que as estruturas eram pontos de mínimo. Nós também fizemos a atribuição das freqüências vibracionais aos grupos funcionais das moléculas. A caracterização eletrônica é obtida com o cálculo do espectro de absorção ultravioleta-visível. Efeitos de solvente são contabilizados através da teoria de Campo de Reação Auto-Consistente. Uma análise detalhada das excitações do espectro calculado do E-64 e do CA030 é realizada e nós estudamos particularmente as transições características em torno de 200 nm. Tanto para o E-64 como para o CA030 nós identificamos o cromóforo responsável pela transição característica dos inibidores. Adicionalmente, nós levamos em consideração a influência da interação do CA030 com a catepsina B através do cálculo do espectro ultravioleta-visível do inibidor com o aminoácido cisteína. / We have made a structural and electronic characterization of the enzyme inhibitors E-64 and CA030 using quantum chemistry techniques. Geometry optimizations are performed in the ab initio level with the Hartree-Fock and Density Functional Theory methods and these structures are then compared with crystallographic results obtained from the Protein Data Bank. The infrared vibration spectrum calculation has been carried out to assure that the theoretical structures are true minima. We also have made an assignment of the vibrational frequencies to the functional groups of the molecules. The electronic characterization is performed with the calculation of the ultraviolet-visible absorption spectrum. Solvent effects are taken into account the Self Consistent Reaction Field theory. A detailed analysis of the calculated spectra of E-64 and CA030 excitations is given and we have particularly studied the characteristic transitions around 200 nm. For both the E-64 and the CA030 we have identified the chromophore responsible for the characteristic transition of the inhibitors. In addition, we have considered the influence of the interaction of the CA030 with the enzyme cathepsin B by calculating the ultraviolet-visible spectrum of the inhibitor with the cysteine amino acid.

The doxorubicin (DOX) assumes a prominent position among the drugs widely applied in treatment human cancer. This chemotherapeutic presents efficiency in the regression of various neoplasms, although adverse reactions may occur. As a result several strategies have been developed to reduce the adverse effects caused by the continued use of DOX. One of these strategy is the incorporation of doxorubicin into MOF (Metal Organic Framework), since these materials can act as excellent carriers of drugs. The color change exhibited by doxorubicin as a function of pH, or even possibly when adsorbed in MOF, motivated the present work. This work consists in finding the possible factors that culminate in color change presented by DOX. This way, calculations involving the reactivity, and the UV/Vis spectroscopy of the possible tautomeric species of doxorubicin were performed. Thus, we applied the semiempirical methods, AM1, PM3, PM6 and RM1, and also DFT. We used the method INDO/S-CIS to calculate the spectroscopic of ground state geometries of various tautomer. All calculations revealed DOX1 as the most stable and DOX2 as the most unstable for protonated species. The method PM6 method was the more similar to the DFT by comparing the absorption spectra of DOX1 as well as the relative stabilities of the tautomers. The relative energies between deprotonated tautomers calculated by applied methods were smaller than protonated species, because the deprotonated tautomers denote considerable structural similarities between them. The reactivity study showed that the methods AM1 andPM3 exhibit the same qualitative behavior about the prediction of the transition state structure involved in each proton transfer reaction in the gas phase. The method PM6 resembled more to RM1, being the only exception was the conversion DOX1 → DOX4. Each absorption spectrum calculated from the optimized geometries with the DFT method to the different tautomeric species showed simply a band in the region of longer wavelengths (around 400 nm), which correspond to the visible region. In contrast, the absorption spectra obtained experimentally in acidic showed three bands in the region between 400 to 650 nm, thus cannot be attributed to a single predominant tautomer system, but the simultaneous contributing of all tautomers. The spectroscopic study of deprotonated tautomers, in order to simulate the effect of basic pH, suggests the presence also of the four tautomers deprotonated in the system, thus explaining the appearance of several absorption bands. The spectrum obtained at pH 7 can be explained from the presence of both doxorubicin protonated as deprotonated species. Thus, the application of computational tools proved to be able to elucidate some events associated with spectroscopy and reactivity of doxorubicin. / Dentre os fármacos largamente aplicados na prática oncológica humana, a doxorrubicina (DOX) assume uma posição de destaque. Apesar de este quimioterápico apresentar eficiência na regressão de várias neoplasias, reações adversas podem surgir. Em decorrência disso várias estratégias vêm sendo desenvolvidas para reduzir os efeitos adversos provocados pelo uso contínuo da DOX. Uma dessas estratégias consiste na incorporação da doxorrubicina em MOF s (Metal Organic Framework), uma vez que estes materiais podem atuar como excelentes carreadores de fármacos. A mudança de coloração exibida pela doxorrubicina como função do pH, ou até mesmo quando possivelmente adsorvida na MOF, motivou a realização do presente trabalho, o qual consiste na busca dos possíveis fatores que culminam na mudança de coloração apresentada pela DOX. Diante isso, cálculos envolvendo a reatividade, assim como, a espectroscopia UV/Vis das possíveis espécies tautoméricas da doxorrubicina foram realizados. Para tanto, foram aplicados os métodos semiempíricos, AM1, PM3, PM6 e RM1, e também DFT. Para realização dos cálculos espectroscópicos das geometrias no estado fundamental dos diferentes tautômeros da doxorrubicina, foi utilizado o método INDO/S-CIS. Para as espécies protonadas, todos os cálculos revelaram a DOX1 como sendo a espécie tautomérica mais estável e a DOX2 como sendo a mais instável. O método PM6 foi o método que se mostrou mais similar ao DFT, comparando os espectros de absorção da DOX1, assim como as estabilidades relativas entre os tautômeros. As energias relativas entre os tautômeros desprotonados calculadas pelos diferentes métodos aplicados foram menores para os protonados, pois os tautômeros desprotonados denotam maiores similaridades estruturais entre si. O estudo de reatividade mostrou que os métodos PM3 e AM1 apresentam o mesmo comportamento qualitativo quanto à predição da estrutura do estado de transição envolvido em cada reação de transferência de próton em fase gasosa. O método PM6 assemelhou-se mais ao RM1, divergindo apenas na conversão DOX1 → DOX4. Cada espectro de absorção calculado a partir das geometrias otimizadas com o método DFT para as diferentes espécies tautoméricas apresentou simplesmente uma banda na região de comprimentos de onda maiores (por volta de 400 nm), as quais equivalem à região do visível. Diferentemente, o espectro de absorção obtido experimentalmente em meio ácido apresentou três bandas na região compreendida entre 400 nm a 650 nm, dessa forma não se pode atribuir a predominância de um único tautômero no sistema, mas sim, a contribuição simultânea de todos os tautômeros. O estudo espectroscópico dos tautômeros desprotonados visando simular o efeito do pH básico sugere a presença, também, dos quatro tautômeros desprotonados no sistema, explicando dessa forma o aparecimento das várias bandas de absorção. A atipicidade apresentada pelo espectro obtido a pH 7 pode ser explicado a partir da presença tanto de espécies de doxorrubicina protonadas como desprotonadas. Dessa forma, a aplicação das ferramentas computacionais mostrou-se capaz de elucidar alguns eventos associados a espectroscopia e a reatividade da doxorrubicina.

Nesta tese de doutorado, são descritos os resultados obtidos no estudo sobre a síntese de diversos tipos de ?-butirolactonas, tais como derivados de maculalactonas, compostos análogos ao ácido paracônico e butenolidas. Os derivados de maculalactonas foram obtidos por uma reação multicomponente entre o 2-benzil-3-metileno-succinato de dimetila, um haleto aromático e um aldeído, sendo catalisada por brometo de cobalto(II) e utilizando radiação de micro-ondas como fonte de aquecimento. Esse processo multicomponente apresentou bom rendimento e moderada diastereosseletividade, tendo sido possível obter doze derivados de maculalactonas com três centros estereogênicos na forma de misturas diastereoisoméricas. Os diastereoisômeros majoritários puderam ser isolados por recristalização e tiveram as suas configurações relativas determinas como sendo anti:anti. Um desses derivados de maculalactonas teve todos os seus quatro diastereoisômeros isolados por cromatografia líquida de alta eficiência e suas configurações relativas foram determinadas por meio de análises de ressonância magnética nuclear combinada com química computacional, comparando os deslocamentos químicos experimentais e teóricos de ressonância magnética nuclear de 1H e de 13C. Além disso, também foi desenvolvida uma nova metodologia sintética que permite a obtenção de ?-butirolactonas derivadas do éster paracônico, do ácido paracônico e de butenolidas. Para isso, inicialmente foram estudadas diversas condições reacionais do processo multicomponente utilizado e uma nova condição reacional foi obtida. Na sequência, a reação multicomponente entre o 2-metileno-succinato de 1-terc-butila e 4-metila, um haleto aromático e um composto carbonílico, catalisada por brometo de cobalto(II), possibilitou a obtenção de derivados do éster paracônico que tiveram os seus grupos terc-butil removidos ao serem tratados com ácido trifluoroacético fornecendo os derivados do ácido paracônico desejados, os quais foram convertidos em butenolidas por meio de uma reação de iodação descarboxilativa seguida da reação de eliminação de ácido iodídrico / We have synthesized some types of ?-butyrolactones, like maculalactone derivatives, paraconic acid analogs, and butenolides. Maculalactone derivatives were obtained by a cobalt bromide (II)-catalyzed multicomponent reaction between dimethyl 2-benzyl-3-methylenesuccinate, an aromatic halide, and an aldehyde; microwave radiation was used as heat source. This multicomponent process provided good yield and moderate diastereoselectivity, and it produced twelve compounds with three stereogenic centers as diastereoisomeric mixtures. The major diastereoisomers were isolated by crystallization and presented the relative configuration anti:anti. A maculalactone derivative had all the four possible diastereoisomers isolated by high performance liquid chromatograph. The relative configurations of the diastereoisomers were determined by nuclear magnetic resonance (NMR) experiments combined with computational chemistry; experimental and calculated 1H and 13C NMR chemical shifts were compared. We also developed a new synthetic methodology to obtain ?-butyrolactones analogous to paraconic ester, paraconic acid, and butenolides. To this end, we initially studied several reactional conditions of the multicomponent process and obtained a new reaction condition. Subsequently, the multicomponent reaction between 1-tert-butyl 4-methyl 2-methylenesuccinate, an aromatic halide, and a carbonyl compound, catalyzed by cobalt bromide (II), furnished paraconic ester derivatives which had their tert-butyl groups removed by treatment with trifluoroacetic acid, to afford the desired paraconic acid analogs. The latter analogs were converted to butenolides by decarboxylative halogenation followed by dehydrohalogenation

A química computacional, uma importante e crescente área da química teórica, vem sendo empregada com grande sucesso no entendimento dos mais variados tipos de sistemas químicos. Focando na interação entre arsênio e carbono, o presente trabalho apresenta duas situações distintas: uma que engloba o menor sistema formado entre eles, o radical CAs, e outra que traz a interação da superfície C(100) do diamante com o átomo de arsênio e a sua forma hidreto, ou seja, os sistemas C(100)+As e C(100)+AsH3. No primeiro caso, um tratamento de alto nível de correlação eletrônica (MRCI/aV5Z) é feito, permitindo se obter as propriedades espectroscópicas associados aos estados eletrônicos de mais baixa energia do radical. No estudo envolvendo a superfície C(100), dois modelos distintos de aglomerados foram adotados na representação do sólido: o modelo QM (C15H16) e o QM/MM (C292H120). A aproximação híbrida é baseada no método SIMOMM que é indicado para o tratamento de superfícies sólidas. Os dados estruturais e energéticos dos pontos de mínimos identificados nas duas diferentes aproximações foram contrastados, sugerindo que o modelo de aglomerado QM/MM é capaz de representar melhor o problema real. / Computational chemistry, a growing and important area in theoretical chemistry, has been successfully employed to understand many types of chemical systems. Focusing on the interaction between carbon and arsenic, this work presents two distinct situations: one is the study of the smallest system formed between them, the CAs radical, and another one where the diamond C(100) surface interacts with an arsenic atom and its hydride form, i.e. , the C(100)+As and C(100)+AsH3 systems. In the first case, a high-level (MRCI/aV5Z ) calculation was performed, allowing us to obtain the spectroscopic properties of the low-lying electronic states. In the study of the diamond C(100) surface, two different cluster models were used to represent the solid: one QM (C15H16) and the other QM/MM (C292H120). The hybrid approach is based on the SIMOMM method, that is recommended for dealing with solid surfaces. Energetic and structural aspects associated with the minimum energy species were contrasted for both a pproaches, suggesting that the QM/MM model is able to better represent the real problem.