Foram determinadas funções de variáveis como o número atômico e elementos da matriz de densidade que aproximam expoentes variacionalmente otimizados de bases mínimas de orbitais tipo-Slater de átomos em moléculas. Um dos conjuntos de funções corresponde à inclusão de correlação eletrônica (MP2) e potencial efetivo de caroço. No outro conjunto, tais efeitos não foram incluídos. Para a otimização variacional, foram utilizadas cerca de 400 moléculas, contendo átomos do hidrogênio ao argônio, cerca de 2200 expoentes (com potencial efetivo de caroço), e cerca de 3600 expoentes (sem potencial efetivo de caroço). Os orbitais tipo-Slater foram representados por expansões STO-8G. O erro médio na energia molecular devido ao uso dos expoentes aproximados para definir os orbitais atômicos é cerca de mil vezes menor que o erro correspondente devido ao uso da base mínima de orbitais tipo-Slater. / Functions of variables such as density matrix elements and atomic number that give approximate values of variationally optimized exponents for minimal basis sets of Slater-type orbitals were developed. One set of functions includes electronic correlation (MP2) and effective core potential. In the other set such effects are not included. Some 400 molecules, composed of atoms from hydrogen to argon, some 2200 exponents (with effective core potential), and some 3600 exponents (without effective core potential), were used in the variational optimization. Slater-type orbitals were represented by STO-8G expansions. The average molecular energy error due to the use of approximate exponents to define atomic orbitals is close to a thousand times smaller than the corresponding error due to the use of the minimal basis set of Slater-type orbitals.

Foram determinadas funções de variáveis como o número atômico e elementos da matriz de densidade que aproximam expoentes variacionalmente otimizados de bases mínimas de orbitais tipo-Slater de átomos em moléculas. Um dos conjuntos de funções corresponde à inclusão de correlação eletrônica (MP2) e potencial efetivo de caroço. No outro conjunto, tais efeitos não foram incluídos. Para a otimização variacional, foram utilizadas cerca de 400 moléculas, contendo átomos do hidrogênio ao argônio, cerca de 2200 expoentes (com potencial efetivo de caroço), e cerca de 3600 expoentes (sem potencial efetivo de caroço). Os orbitais tipo-Slater foram representados por expansões STO-8G. O erro médio na energia molecular devido ao uso dos expoentes aproximados para definir os orbitais atômicos é cerca de mil vezes menor que o erro correspondente devido ao uso da base mínima de orbitais tipo-Slater. / Functions of variables such as density matrix elements and atomic number that give approximate values of variationally optimized exponents for minimal basis sets of Slater-type orbitals were developed. One set of functions includes electronic correlation (MP2) and effective core potential. In the other set such effects are not included. Some 400 molecules, composed of atoms from hydrogen to argon, some 2200 exponents (with effective core potential), and some 3600 exponents (without effective core potential), were used in the variational optimization. Slater-type orbitals were represented by STO-8G expansions. The average molecular energy error due to the use of approximate exponents to define atomic orbitals is close to a thousand times smaller than the corresponding error due to the use of the minimal basis set of Slater-type orbitals.

Foram determinadas funções de variáveis como o número atômico e elementos da matriz de densidade que aproximam expoentes variacionalmente otimizados de bases mínimas de orbitais tipo-Slater de átomos em moléculas. Um dos conjuntos de funções corresponde à inclusão de correlação eletrônica (MP2) e potencial efetivo de caroço. No outro conjunto, tais efeitos não foram incluídos. Para a otimização variacional, foram utilizadas cerca de 400 moléculas, contendo átomos do hidrogênio ao argônio, cerca de 2200 expoentes (com potencial efetivo de caroço), e cerca de 3600 expoentes (sem potencial efetivo de caroço). Os orbitais tipo-Slater foram representados por expansões STO-8G. O erro médio na energia molecular devido ao uso dos expoentes aproximados para definir os orbitais atômicos é cerca de mil vezes menor que o erro correspondente devido ao uso da base mínima de orbitais tipo-Slater. / Functions of variables such as density matrix elements and atomic number that give approximate values of variationally optimized exponents for minimal basis sets of Slater-type orbitals were developed. One set of functions includes electronic correlation (MP2) and effective core potential. In the other set such effects are not included. Some 400 molecules, composed of atoms from hydrogen to argon, some 2200 exponents (with effective core potential), and some 3600 exponents (without effective core potential), were used in the variational optimization. Slater-type orbitals were represented by STO-8G expansions. The average molecular energy error due to the use of approximate exponents to define atomic orbitals is close to a thousand times smaller than the corresponding error due to the use of the minimal basis set of Slater-type orbitals.

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A geometria dos estados fundamental e primeiro estado excitado para a 2,5- (2' -benzoxazolil) hidroquinona (BBHQ) e seu derivado meti lado (BBMP) foram calculados utilizando o método semiempírico AMl. Os dados obtidos foram empregados em um estudo comparativo entre os métodos espectroscópicos HAM/3 e INDO/S-CI. Além disto o espectro de absorção eletrônica de uma série de derivados do 2-(2'-hidroxifenil)benzoxazol (HBO) foram calculados utilizando AMl e MNDO-PM3 para otimização das geometrias e HAM/3 e INDO/S-CI para os dados espectroscópicos. Os cálculos mostram que as formas mais estáveis para os BBHQ e HBO são estruturas com pontes de hidrogênio com o átomo de nitrogênio do anel oxazol - na forma enol e ceto para os estados fundamental e primeiro estado excitado, respectivamente. Com relação aos resultados espectroscópicos, INDO/S-CI forneceu valores numéricos mais próximos dos dados experimentais, enquanto HAM/3 descreve melhor a distribuição e intensidades relativas das bandas de absorsão/emissão. Os substituintes químicos introduzidos na molécula do HBO apresentaram um deslocamento para o vermelho no espectro de absorção dos compostos calculados, esta característica é discutida com base nos níveis de energia calculados para os orbitais de fronteira e na redistribuição de carga devido a excitação eletrônica. / The geometry of the 2, 5-bis (benzoxazol-2'-yl) hydroquinone (BBHQ) and its methylated derivative (BBMP) in the ground and in the first exci ted singlet state were investigated using AMl semiempirical molecular orbital calculations. The data obtained were employed in a comparative study between the HAM/3 and the INDO/SCI computational methods for electronic spectra simulation. In addi tion the electronic absorption spectra of a series of 2- (2'-hydroxyphenyl)benzoxazole (HBO) derivatives were calculated using AMl and MNDO-PM3 for geometry optimization and INDO/S-CI and HAM/3 for spectroscopic features. Calculations show that the most stable forms of the BBHQ and HBO are H-bonded structures -- enol and keto tautomers for the ground and first exci ted singlet state, respectively. Concerning spectroscopic results, INDO/S-CI yielded numerical values of excitation energy that better agree with experimental data, while HAM/3 better described the distribution and relative intensities of the absorption/emission bands. Chemical substitution was seen to red-shift the absorption spectrum of alI the model-compounds, a feature that is discussed wi th basis on the calculated energy leveIs of frontier orbitaIs and charge redistribution upon electronic excitation.

A geometria dos estados fundamental e primeiro estado excitado para a 2,5- (2' -benzoxazolil) hidroquinona (BBHQ) e seu derivado meti lado (BBMP) foram calculados utilizando o método semiempírico AMl. Os dados obtidos foram empregados em um estudo comparativo entre os métodos espectroscópicos HAM/3 e INDO/S-CI. Além disto o espectro de absorção eletrônica de uma série de derivados do 2-(2'-hidroxifenil)benzoxazol (HBO) foram calculados utilizando AMl e MNDO-PM3 para otimização das geometrias e HAM/3 e INDO/S-CI para os dados espectroscópicos. Os cálculos mostram que as formas mais estáveis para os BBHQ e HBO são estruturas com pontes de hidrogênio com o átomo de nitrogênio do anel oxazol - na forma enol e ceto para os estados fundamental e primeiro estado excitado, respectivamente. Com relação aos resultados espectroscópicos, INDO/S-CI forneceu valores numéricos mais próximos dos dados experimentais, enquanto HAM/3 descreve melhor a distribuição e intensidades relativas das bandas de absorsão/emissão. Os substituintes químicos introduzidos na molécula do HBO apresentaram um deslocamento para o vermelho no espectro de absorção dos compostos calculados, esta característica é discutida com base nos níveis de energia calculados para os orbitais de fronteira e na redistribuição de carga devido a excitação eletrônica. / The geometry of the 2, 5-bis (benzoxazol-2'-yl) hydroquinone (BBHQ) and its methylated derivative (BBMP) in the ground and in the first exci ted singlet state were investigated using AMl semiempirical molecular orbital calculations. The data obtained were employed in a comparative study between the HAM/3 and the INDO/SCI computational methods for electronic spectra simulation. In addi tion the electronic absorption spectra of a series of 2- (2'-hydroxyphenyl)benzoxazole (HBO) derivatives were calculated using AMl and MNDO-PM3 for geometry optimization and INDO/S-CI and HAM/3 for spectroscopic features. Calculations show that the most stable forms of the BBHQ and HBO are H-bonded structures -- enol and keto tautomers for the ground and first exci ted singlet state, respectively. Concerning spectroscopic results, INDO/S-CI yielded numerical values of excitation energy that better agree with experimental data, while HAM/3 better described the distribution and relative intensities of the absorption/emission bands. Chemical substitution was seen to red-shift the absorption spectrum of alI the model-compounds, a feature that is discussed wi th basis on the calculated energy leveIs of frontier orbitaIs and charge redistribution upon electronic excitation.

A geometria dos estados fundamental e primeiro estado excitado para a 2,5- (2' -benzoxazolil) hidroquinona (BBHQ) e seu derivado meti lado (BBMP) foram calculados utilizando o método semiempírico AMl. Os dados obtidos foram empregados em um estudo comparativo entre os métodos espectroscópicos HAM/3 e INDO/S-CI. Além disto o espectro de absorção eletrônica de uma série de derivados do 2-(2'-hidroxifenil)benzoxazol (HBO) foram calculados utilizando AMl e MNDO-PM3 para otimização das geometrias e HAM/3 e INDO/S-CI para os dados espectroscópicos. Os cálculos mostram que as formas mais estáveis para os BBHQ e HBO são estruturas com pontes de hidrogênio com o átomo de nitrogênio do anel oxazol - na forma enol e ceto para os estados fundamental e primeiro estado excitado, respectivamente. Com relação aos resultados espectroscópicos, INDO/S-CI forneceu valores numéricos mais próximos dos dados experimentais, enquanto HAM/3 descreve melhor a distribuição e intensidades relativas das bandas de absorsão/emissão. Os substituintes químicos introduzidos na molécula do HBO apresentaram um deslocamento para o vermelho no espectro de absorção dos compostos calculados, esta característica é discutida com base nos níveis de energia calculados para os orbitais de fronteira e na redistribuição de carga devido a excitação eletrônica. / The geometry of the 2, 5-bis (benzoxazol-2'-yl) hydroquinone (BBHQ) and its methylated derivative (BBMP) in the ground and in the first exci ted singlet state were investigated using AMl semiempirical molecular orbital calculations. The data obtained were employed in a comparative study between the HAM/3 and the INDO/SCI computational methods for electronic spectra simulation. In addi tion the electronic absorption spectra of a series of 2- (2'-hydroxyphenyl)benzoxazole (HBO) derivatives were calculated using AMl and MNDO-PM3 for geometry optimization and INDO/S-CI and HAM/3 for spectroscopic features. Calculations show that the most stable forms of the BBHQ and HBO are H-bonded structures -- enol and keto tautomers for the ground and first exci ted singlet state, respectively. Concerning spectroscopic results, INDO/S-CI yielded numerical values of excitation energy that better agree with experimental data, while HAM/3 better described the distribution and relative intensities of the absorption/emission bands. Chemical substitution was seen to red-shift the absorption spectrum of alI the model-compounds, a feature that is discussed wi th basis on the calculated energy leveIs of frontier orbitaIs and charge redistribution upon electronic excitation.

Um estudo teórico abrangente da reação de transferência protônica intramolecular no estado excitado (ESIPT) em um conjunto de 2-(2'- hydroxifenil)benzazóis, especificamente, 2-(2'-hidroxifenil)benzoxazol (HBO), 2-(2'- hidroxifenil)benzotiazol (HBT) e 2-(2'-hidroxifenil)benzimidazol - foi realizado utilizando métodos quânticos de orbital molecular do tipo semi-empíricos (AM1, MNDO-PM3, ZINDO/S e HAM/3) e ab initio (base 6-31G**), incluindo efeitos de solvente (PCM). Os resultados obtidos estão em boa concordância com previsões experimentais e estudos teóricos anteriores - o ciclo fotofísico dos benzazóis é bem descrito em todas as abordagens. De modo geral, as barreiras de ativação da transferência protônica são menores nos estados singlete excitados, com relação a retro-transferência no estado fundamental e no estado triplete. A pequena barreira observada no estado excitadoé compatível com a interpretação experimental de tautomerização por relaxação vibracional. Propõe-se a existência de uma forma zwitteriônica não-planar para o isômero cetônico no estado singlete excitado. A emissão, entretanto, provavelmente ocorre a partir de uma forma planar.O método semi-empírico MNDO-PM3 mostrou-se ser mais adequado no estudo deste sistema do que o método AMI.

Anxiolytics, sedative-hypnotics and antipsychotics are drugs with similar chemical structures (nitrogenous heterocycles) and the Benzodiazepines (BZDs) are part of this group. Discovering by “luck”, his class of drugs, the BZDs, presents mostly anxiolytic and hypnotic actions, and is the class of drugs most consumed worldwide. In this dissertation, quantum molecular modeling techniques were used, seeking to understand the behavior of these drugs, since they have similar chemical structure. The method of calculation used was semiempirical PM6 (Sixth parameterization) and 26 compounds were analyzed. Changes in the values of the electrostatic charges of the atoms that contribute to the formation of the HOMO orbital were calculated, with the compounds in the ground state and without 1 electron (oxidation reaction), seeking indicate activity/oxidation sites and were also generated maps of molecular electrostatic potential, maps of the HOMO orbital and some electronic properties of benzodiazepines were also calculated. Knowing that benzodiazepines are metabolized in the liver, initially suffering oxidation reactions, it was possible with the calculations, analyze the substituent effect on its activity and show that this oxidation reaction occurs at the benzodiazepine ring. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Ansiolíticos, sedativo-hipnóticos e antipsicóticos são fármacos que apresentam estruturas químicas semelhantes (heterociclos nitrogenados) e os Benzodiazepínicos (BZDs) participam deste grupo. Descoberta ao “acaso”, essa classe de fármacos, os BZDs, apresenta, em sua maioria, ação ansiolítica e hipnótica, sendo a classe de medicamentos mais consumida mundialmente. Nesta dissertação foram utilizadas técnicas de modelagem molecular quântica, buscando entender o comportamento desses fármacos, já que apresentam estrutura química semelhante. O método de cálculo utilizado foi o Semiempírico PM6 (Sexta Parametrização) e 26 compostos foram analisados. Variações nos valores das cargas eletrostáticas dos átomos que contribuem para a formação do orbital HOMO foram calculados, com os compostos no estado fundamental e retirando-se 1 elétron (reação de oxidação), buscando indicar sítios de atividade/oxidação, bem como também foram gerados os mapas de potencial eletrostático molecular, mapa do orbital HOMO e algumas propriedades eletrônicas dos BZDs também foram calculadas. Sabendo-se que as benzodiazepinas são metabolizadas no fígado, sofrendo inicialmente reações de oxidação, foi possível com os cálculos, analisar o efeito do substituinte na sua atividade e mostrar que esta reação de oxidação ocorre no anel benzodiazepínico.

Um estudo teórico abrangente da reação de transferência protônica intramolecular no estado excitado (ESIPT) em um conjunto de 2-(2'- hydroxifenil)benzazóis, especificamente, 2-(2'-hidroxifenil)benzoxazol (HBO), 2-(2'- hidroxifenil)benzotiazol (HBT) e 2-(2'-hidroxifenil)benzimidazol - foi realizado utilizando métodos quânticos de orbital molecular do tipo semi-empíricos (AM1, MNDO-PM3, ZINDO/S e HAM/3) e ab initio (base 6-31G**), incluindo efeitos de solvente (PCM). Os resultados obtidos estão em boa concordância com previsões experimentais e estudos teóricos anteriores - o ciclo fotofísico dos benzazóis é bem descrito em todas as abordagens. De modo geral, as barreiras de ativação da transferência protônica são menores nos estados singlete excitados, com relação a retro-transferência no estado fundamental e no estado triplete. A pequena barreira observada no estado excitadoé compatível com a interpretação experimental de tautomerização por relaxação vibracional. Propõe-se a existência de uma forma zwitteriônica não-planar para o isômero cetônico no estado singlete excitado. A emissão, entretanto, provavelmente ocorre a partir de uma forma planar.O método semi-empírico MNDO-PM3 mostrou-se ser mais adequado no estudo deste sistema do que o método AMI.