Made available in DSpace on 2015-07-22T20:49:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-29. Added 1 bitstream(s) on 2015-08-11T03:26:18Z : No. of bitstreams: 1 Publico-13280.pdf: 1828173 bytes, checksum: df8fb9928c37e920c5f9a2281ba9c092 (MD5) / O presente trabalho trata do estudo conformacional de S-nitrosotióis com potencial atividade biológica, 2–acetamido-3-metil-3-nitrosossulfanil-N-arilbutanamidas, e de seus tióis precursores, 2–acetamido-3-mercapto-3-metil-N-arilbutanamidas. As conformações de menor energia dos S-nitrosotióis e tióis em estudo são estabilizadas por ligações de hidrogênio intramoleculares que promovem uma maior estabilidade dos confôrmeros. A análise geométrica do grupo R-SNO mostra que esses compostos preferem a conformação trans. O cálculo das interações orbitalares pelo método NBO (Natural Bond Orbital) para as 2–acetamido-3-mercapto-3-metil-N-arilbutanamidas mostrou que as mesmas são estabilizadas pelas seguintes interações: no (N2) →  (C3-O4) e no(N10) → (C11-O12). Os resultados de NBO para os S-nitrosotíois mostraram que a interação hiperconjugativa é bastante efetiva nas conformações estáveis desses compostos, enfraquecendo a ligação que resulta no aumento do comprimento da ligação S-N em S-Nitrosotióis. A forte delocalização , induz caráter parcial a ligação S-N. A fraca ligação S-N indica uma forte delocalização do par de elétrons do O(NO) devido a interação, que é responsável pelo alongamento da ligação S-N, aumentando e a potencial capacidade do óxido nítrico ser liberado. / We carried out a conformational study on the S-nitrosothiols (R-SNO), 2-acetamido-3-methyl-3-(nitrososulfanyl)-N-arylbutanamides and their thiol precursors 2-acetamido-3-mercapto-3-methyl-N-arylbutanamides. The lowest energy conformation for both compounds is stabilized by intramolecular hydrogen bonds. Trans conformation was determined as the predominant conformation after geometrical analysis of R-SNO. Orbital interactions for 2-acetamido-3-mercapto-3-methyl-N-arylbutanamides were calculated using Natural Bond Orbital (NBO) methodology. Calculations indicated that orbital interactions for these compounds are stabilized by the following interactions: no (N2) →  (C3-O4) and no(N10) → (C11-O12). NBO results showed that the hyperconjugative interaction is very effective, weakening the σ bond and resulting in increasing length of the S-N bond in R-SNO. The strong delocalization induces partial character to the S-N bond. The bond S-N indicates a strong delocalization of the electron pair of O(NO) due to interaction. This interaction is responsible for the elongation of the S-N bond which increases the ability of the compound to release nitric oxide (NO). Based on the enhanced capacity to release NO by these compounds, our findings suggest that both compounds may display biological activity. / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações

<p>Molecular recognition is arguably the most elementary physical process essential for life that arises at the molecular scale. Molecular recognition drives events across virtually all length scales, from the folding of proteins and binding of ligands, to the organization of membranes and the function of muscles. Understanding such events at the molecular level is massively complicated by the unique medium in which life occurs: water. In contrast to recognition in non-aqueous solvents, which are driven largely by attractive interactions between binding partners, binding reactions in water are driven in large measure by the properties of the medium itself. Aqueous binding involves the loss of solute-solvent interactions (desolvation) and the concomitant formation of solute-solute interactions. Despite decades of research, aqueous binding remains poorly understood, a deficit that profoundly limits our ability to design effective pharmaceuticals and new enzymes. Particularly problematic is understanding the energetic consequences of aqueous desolvation, an area the Toone and Beratan groups have considered for many years.</p><p> In this dissertation, we embark on a quest to shed new light on aqueous desolvation from two perspectives. In one component of this research, we improve current computational tools to study aqueous desolvation, employing quantum mechanics (QM), molecular dynamics (MD) and Monte Carlo (MC) simulations to better understand the behavior of water near molecular surfaces. In the other, we use a synthetic host, cucurbit[7]uril (CB[7]), in conjunction with a de novo series of ligands to study the structure and thermodynamics of aqueous desolvation in the context of ligand binding with atomic precision, a feat hitherto impossible. A simple and rigid macrocycle, CB[7] alleviates the drawbacks of protein systems for the study of aqueous ligand binding, that arise from conformational heterogeneity and prohibitive computational costs to model.</p><p> </p><p> We first constructed a novel host-guest system that facilitates internalization of the trimethylammonium (methonium) group from bulk water to the hydrophobic cavity of CB[7] with precise (atomic-scale) control over the position of the ligand with respect to the cavity. The process of internalization was investigated energetically using isothermal titration microcalorimetry and structurally by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. We show that the transfer of methonium from bulk water to the CB[7] cavity is accompanied by an unfavorable desolvation enthalpy of just 0.49±0.27 kcal*mol-1, a value significantly less endothermic than those values suggested from previous gas-phase model studies. Our results offer a rationale for the wide distribution of methonium in biology and demonstrate important limitations to computational estimates of binding affinities based on simple solvent-accessible surface area approaches.</p><p> To better understand our experimental results, we developed a two-dimensional lattice model of water based on random cluster structures that successfully reproduces the temperature-density anomaly of water with minimum computational cost. Using reported well-characterized ligands of CB[7], we probed water structure within the CB[7] cavity and identified an energetically perturbed cluster of water. We offer both experimental and computational evidence that this unstable water cluster provides a significant portion of the driving force for encapsulation of hydrophobic guests.</p><p> The studies reported herein shed important light on the thermodynamic and structural nature of aqueous desolvation, and bring our previous understanding of the hydrophobic effect based on ordered water and buried surface area into question. Our approach provides new tools to quantify the thermodynamics of functional group desolvation in the context of ligand binding, which will be of tremendous value for future research on ligand/drug design.</p> / Dissertation

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4538639 bytes, checksum: 981ce0eef0681003af97d1a8046c66ee (MD5) Previous issue date: 2013-08-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The aim of this work was to study two kinds of intermolecular hydrogen bonding, the non-usual that is represented by the interaction between acetylene and the HX species (C2H2 --- HX) and the usual that is represented by the interaction between hydrogen cyanide and HX species, with X = F, Cl, CN, and HCCH. This interaction promotes changes in the structural, electronic and vibrational properties of the species involved. In this work, we employe d not onlycomputational-quantum methods MP2/6-311 + + G (d, p) and DFT/B3LYP/6-311 + + G (d, p) in order to study the structural, electronic and vibrational properties of those two types of intermolecular hydrogen bonding, but also we employed QTAIM and NBO methods to complement our research. The results have shown no significant differences between the two correlated methods employed for both types of hydrogen bonded complexes, leading us to suggest the use of the DFT/B3LYP method for studies of similar systems to those studied here, due to the lower computational demand. The increase in bond length of the HX species are enhanced due to formation of more linear complexes than T-complexes, in both calculation levels. The intermolecular bond length values in the complex HCN --- HX are smaller than in the complexes HCCH --- HX, and the values from MP2 and DFT/B3LYP are very close in each individual type of hydrogen complex, suggesting that the linear complexes are more stabilized by the formation of hydrogen bonding than the T-complexes, which can be proved by the values of the binding energy of hydrogen in HCN --- HX. Concerning the redshift effect in the harmonic vibrational mode of species HX, due to the formation of intermolecular bond, the values obtained for linear complexes hydrogen are higher than for the corresponding T-complexes, considering both calculation levels. Values were evaluated from the increase in the intensity values of the stretch mode HX bond formation due to intermolecular and, according to the model CCFOM, the term load flow is responsible for the effect on the increase of HX intensity. We also highlight the new vibrational modes, emphasizing the stretch mode of the intermolecular bond. From studies employing QTAIM, it was possible to obtain the values of electron density and the Laplacian electron density and evaluate these parameters in critical points in HX and intermolecular hydrogen bonding, thus confirming the formation of hydrogen bonded complexes. We evaluated the energy difference between π orbitals and lone pair of nitrogen (in HCN), for the species receiving proton and sigma antibonding for the hydrogen of HX, using the method of natural bond orbital variation. / O objeto de estudo deste trabalho foi a ligação de hidrogênio intermolecular de dois tipos, a não-usual representada pela interação entre o acetileno e espécies HX (C2H2---HX) e a usual representada pela interação entre o ácido cianídrico e espécies HX, com X=F, Cl, CN e HCCH. Esta interação provoca mudanças nas propriedades estruturais, eletrônicas e vibracionais das espécies envolvidas. Neste trabalho empregamos os métodos quântico-computacionais MP2/6-311++G(d,p) e DFT/B3LYP/6-311++G(d,p) para estudar as propriedades estruturais, eletrônicas e vibracionais dos dois tipos de ligação de hidrogênio intermolecular, além de complementar nossa investigação empregando os métodos QTAIM e NBO. Os resultados não mostraram diferenças significativas entre os dois métodos correlacionados empregados para ambos os tipos de complexos de hidrogênio, nos levando a sugerir o emprego do método DFT/B3LYP para estudos de sistemas semelhantes aos aqui estudados, devido a menor demanda computacional. Os valores de incremento no comprimento de ligação das espécies HX são mais acentuados devido à formação dos complexos lineares do que dos complexos-T, em ambos os níveis de cálculo. Os valores de comprimento de ligação intermolecular nos complexos HCN---HX são menores do que nos complexos HCCH---HX, sendo os valores MP2 e DFT/B3LYP bem próximos em cada tipo individual de complexo de hidrogênio, sugerindo que os complexos lineares são mais estabilizados pela formação da ligação de hidrogênio do que os complexos-T, fato que pode ser comprovado pelos valores da energia de ligação de hidrogênio em HCN---HX. Com respeito ao efeito redshift no modo vibracional harmônico das espécies HX, devido à formação da ligação intermolecular, os valores obtidos para os complexos de hidrogênio lineares são maiores do que para os correspondentes complexos-T, considerando ambos os níveis de cálculo. Foram avaliados os valores do incremento nos valores de intensidade do modo de estiramento de HX devido à formação da ligação intermolecular e, de acordo com o modelo CCFOM, o termo de fluxo de carga é o responsável pelo efeito no aumento da intensidade de HX. Foram ainda destacados os novos modos vibracionais, dando ênfase ao modo de estiramento da ligação intermolecular. Dos estudos empregando a QTAIM foi possível obter os valores da densidade eletrônica e do Laplaciano da densidade eletrônica e avaliar os valores desses parâmetros nos pontos críticos de ligação em HX e na ligação de hidrogênio intermolecular, comprovando dessa forma a formação dos complexos de hidrogênio. Com os estudos empregando o método dos orbitais naturais de ligação foi avaliada a diferença de energia entre os orbitais π (no acetileno) e o orbital do par de elétrons livres do nitrogênio (em HCN), para as espécies receptoras de próton, e o orbital sigma antiligante do hidrogênio em HX.

Quantum chemical calculations at BP86/TZVPP//BP86/SVP have been carried out for the Nheterocylic carbene and analogues complexes (tetrylene) [(CO)4W-NHE] (W4-NHE) with E = C – Pb. The tetrylene complexes W4-NHE possess end-on-bonded NHE ligands (E = C, Si), while for E = Ge and Sn, they possess slightly side-on-bonded ligands. The strongest side-on-bonded ligand when E = Pb has a bending angle of 102.9°. The trend of the bond dissociations energies (BDEs) for the W-E bond is W4-NHC > W4-NHSi > W4-NHGe > W4-NHSn > W4-NHPb. Analysis of the bonding situation suggests that the NHE ligands in W4-NHE are strong σ-donors and weak π-donors. This is because the tetrylenes have only one lone-pair orbital available for donation. The polarization of the W-E bond and the hybridization at atom E explain the trend in the bond strength of the tetrylene complexes W4-NHE. The W-E bonds of the heavier systems W4-NHE are strongly polarized toward atom E giving rise to rather weak electrostatic attraction with the tungsten atom which is the main source for the decreasing trend of the bond energies. The theoretical calculations suggest that transition-metal complexes tetrylenes [(CO)4W-{NHE}] (E = C – Pb) should be synthetically accessible compounds with tetrylenes NHE act as two-electron-donor ligands in complexes. / Phân tích cấu trúc và bản chất liên kết hóa học của hợp chất với kim loại chuyển tiếp chứa phối tử N-heterocyclic carbene và các đồng đẳng (tetrylene) [(CO)4W–NHE] (W4-NHE) với E = C – Pb sử dụng tính toán hóa lượng tử ở mức BP86/TZVPP//BP86/SVP. Cấu trúc của phức W4-NHE cho thấy các phối tử NHE với E = C, Si tạo với phân tử W(CO)4 một góc thẳng α = 180,0°, trong khi đó các phức W4-NHE thì phối tử NHE với E = Ge – Pb tạo liên kết với nhóm W(CO)4 một góc cong α < 180,0° và góc cong càng trở nên nhọn hơn khi E = Pb (α = 102.9°). Năng lượng phân ly liên kết của liên kết W-E giảm dần: W4-NHC > W4-NHSi > W4-NHGe > W4-NHSn > W4-NHPb. Tính toán hóa lượng tử trong phức [(CO)4W-{NHE}] (E = C – Pb) cho thấy phối tử tetrylene là chất cho electron. Điều này có thể do phối tử tetrylene chỉ giữ lại một cặp electron tại nguyên tử E để đóng vai trò là chất cho điện tử. Độ bền liên kết của phức W4-NHE được giải thích nhờ vào độ phân cực của liên kết W-E và sự lai hóa của nguyên tử trung tâm E. Nguyên nhân chính làm giảm dần năng lượng liên kết là do liên kết W-E của các phức nặng hơn W4-NHE bị phân cực mạnh về phía nguyên tử E dẫn đến lực hút tĩnh điện với nguyên tử W yếu dần. Hệ phức nghiên cứu được coi là hợp chất điển hình cho các nghiên cứu thực nghiệm.

Quantum chemical calculations at BP86/TZVPP//BP86/SVP have been carried out for the Nheterocylic carbene and analogues complexes (tetrylene) [(CO)4W-NHE] (W4-NHE) with E = C – Pb. The tetrylene complexes W4-NHE possess end-on-bonded NHE ligands (E = C, Si), while for E = Ge and Sn, they possess slightly side-on-bonded ligands. The strongest side-on-bonded ligand when E = Pb has a bending angle of 102.9°. The trend of the bond dissociations energies (BDEs) for the W-E bond is W4-NHC > W4-NHSi > W4-NHGe > W4-NHSn > W4-NHPb. Analysis of the bonding situation suggests that the NHE ligands in W4-NHE are strong σ-donors and weak π-donors. This is because the tetrylenes have only one lone-pair orbital available for donation. The polarization of the W-E bond and the hybridization at atom E explain the trend in the bond strength of the tetrylene complexes W4-NHE. The W-E bonds of the heavier systems W4-NHE are strongly polarized toward atom E giving rise to rather weak electrostatic attraction with the tungsten atom which is the main source for the decreasing trend of the bond energies. The theoretical calculations suggest that transition-metal complexes tetrylenes [(CO)4W-{NHE}] (E = C – Pb) should be synthetically accessible compounds with tetrylenes NHE act as two-electron-donor ligands in complexes. / Phân tích cấu trúc và bản chất liên kết hóa học của hợp chất với kim loại chuyển tiếp chứa phối tử N-heterocyclic carbene và các đồng đẳng (tetrylene) [(CO)4W–NHE] (W4-NHE) với E = C – Pb sử dụng tính toán hóa lượng tử ở mức BP86/TZVPP//BP86/SVP. Cấu trúc của phức W4-NHE cho thấy các phối tử NHE với E = C, Si tạo với phân tử W(CO)4 một góc thẳng α = 180,0°, trong khi đó các phức W4-NHE thì phối tử NHE với E = Ge – Pb tạo liên kết với nhóm W(CO)4 một góc cong α < 180,0° và góc cong càng trở nên nhọn hơn khi E = Pb (α = 102.9°). Năng lượng phân ly liên kết của liên kết W-E giảm dần: W4-NHC > W4-NHSi > W4-NHGe > W4-NHSn > W4-NHPb. Tính toán hóa lượng tử trong phức [(CO)4W-{NHE}] (E = C – Pb) cho thấy phối tử tetrylene là chất cho electron. Điều này có thể do phối tử tetrylene chỉ giữ lại một cặp electron tại nguyên tử E để đóng vai trò là chất cho điện tử. Độ bền liên kết của phức W4-NHE được giải thích nhờ vào độ phân cực của liên kết W-E và sự lai hóa của nguyên tử trung tâm E. Nguyên nhân chính làm giảm dần năng lượng liên kết là do liên kết W-E của các phức nặng hơn W4-NHE bị phân cực mạnh về phía nguyên tử E dẫn đến lực hút tĩnh điện với nguyên tử W yếu dần. Hệ phức nghiên cứu được coi là hợp chất điển hình cho các nghiên cứu thực nghiệm.