ESTUDOS TEÓRICOS DA INFLUÊNCIA DA QUIRALIDADE EM …livros01.livrosgratis.com.br/cp085526.pdf · formação como pesquisadora. E a tudo isso eu espero fazer jus. ... ao meu grande

UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES

TATIANE FAUSTINO DE MORAES

ESTUDOS TEÓRICOS DA INFLUÊNCIA DA QUIRALIDADE EM

REAÇÕES DE HIDRÓLISE DE COMPOSTOS PALADACICLOS

QUE APRESENTAM ENANTIOSELETIVIDADE EM ATIVIDADES

BIOLÓGICAS

MOGI DAS CRUZES, SP

2008

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UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES

TATIANE FAUSTINO DE MORAES

ESTUDOS TEÓRICOS DA INFLUÊNCIA DA QUIRALIDADE EM

REAÇÕES DE HIDRÓLISE DE COMPOSTOS PALADACICLOS

QUE APRESENTAM ENANTIOSELETIVIDADE EM ATIVIDADES

BIOLÓGICAS

Dissertação apresentada à

Universidade de Mogi das Cruzes

para a obtenção do Título de

Mestre em Biotecnologia

Área de Concentração: Ciências

Exatas

Orientadora: Profa. Dra. Kaline Rabelo Coutinho

Co-orientador: Prof. Dr. Cláudio Saburo Shida

MOGI DAS CRUZES, SP

2008

Dedico este trabalho primeiramente a

Deus, que nos deu a vida e permite que

façamos dela nossas grandes obras.

Dedico também a meus pais que

juntamente com Deus, me deram à vida e

a razão de viver.

AGRADECIMENTOS

Não posso deixar de aproveitar este espaço e agradecer àqueles que

contribuíram de uma forma ou de outra para a realização desse trabalho, pois,

como diz o slogan de um banco “é impossível chegar lá sozinha”. Assim

gostaria de agradecer:

A professora Kaline Coutinho pela orientação, confiança, amizade,

paciência e oportunidades. À sua maneira, ela soube me incentivar e me

animar nos momentos de dificuldades. Suas críticas e questionamentos

foram fundamentais para o desenvolvimento deste trabalho e para minha

formação como pesquisadora. E a tudo isso eu espero fazer jus. Ao professor Antônio Carlos Fávero Caires pelas boas discussões e por

todo o apoio concedido principalmente para a finalização deste trabalho. Ao professor Sylvio Canuto pela colaboração neste trabalho e em diversos

outros. Ao professor Cláudio Saburo Shida por ceder espaço para utilização do

cluster na realização dos cálculos quânticos e das simulações

computacionais. Aos meus professores da graduação, pela minha formação e que hoje se

tornaram meus colegas de trabalho. Ás pessoas mais importantes da minha vida: meus pais e minha irmã. Por

todo carinho, amor, compreensão, apoio e dedicação incondicional em

todos os momentos. Aos amigos pelo companheirismo, discussões e diversões. Agradeço

especialmente a Fernanda Rezende pelos finais de semana de estudos e

pelos bons e maus momentos que passamos juntas, ao meu grande casal

de amigos Clélia Vieira e Paulo César que sempre tiveram ao meu lado

me apoiando e me incentivando e ao grupo de trabalho da física e biofísica

da USP, em especial ao Herbert de Castro, Cíntia Vequi e Thaciana

Valentina que em nenhum momento mediram esforços para me ajudar. A Universidade de Mogi das Cruzes - UMC pela oportunidade de

realização do curso de Mestrado em Biotecnologia e pelo apoio financeiro. E finalmente a Cleber Leite pelo companheirismo, pela cumplicidade, pela

amizade e pelo amor.

RESUMO

Neste trabalho estudamos as possíveis diferenças nas propriedades conformacionais e eletrônicas de moléculas simplificadas que serviram de modelo para os enantiômeros S e R dos complexos [Pd(C2, N-dmpa)(dppe)]Cl em processos de hidrólise. Essas possíveis diferenças devido a quiralidade podem desempenhar um importante papel no mecanismo de ação anti-tumoral desses complexos, uma vez que a enantioseletividade foi observada experimentalmente e o enantiômero S mostrou-se ativo enquanto que o R inativo. Portanto, o objetivo geral deste trabalho foi conseguir fornecer informações de estudos teóricos, utilizando cálculos quânticos e simulações computacionais, para auxiliar na elucidação da enantioseletividade dos mesmos. Primeiramente, desenvolvemos um estudo dos orbitais moleculares HOMO e LUMO dessas moléculas e foi possível concluir que as quatro ligações do paládio são as mais susceptíveis a um processo de hidrólise. Dessa forma, investigamos duas possibilidades para a quebra de cada uma das 4 ligações: quando o próton da água se liga ao paládio e a hidroxila se liga ao outro átomo da ligação; e quando a hidroxila se liga ao paládio e o próton se liga ao outro átomo da ligação. De forma comparativa, estudamos a precisão e o custo computacional dos métodos ab initio (HF) e o funcional de densidade híbrido com o potencial de troca-correlação (B3LYP) e com diferentes funções de base através de cálculos da variação da entalpia de hidrólise com o objetivo de melhorar a descrição teórica do sistema estudado. E assim foi possível desenvolver, através de cálculos quânticos e simulações computacionais, um estudo completo dos valores da variação da entalpia de 8 rotas diferentes de hidrólise produzindo 16 complexos hidrolisados. Baseados nos resultados que obtivemos, concluímos que a maior diferença da variação da entalpia de hidrólise foi na quebra que envolve a ligação Pd-N e essa diferença foi de aproximadamente 29 kcal/mol, e favor do enantiômero S. Portanto podemos concluir que essa rota de hidrólise (quebrando a ligação Pd-N) apresenta uma diferença significativa das interações desses agentes anti-tumorais com o meio solvente. Acreditamos que essa diferença das interações dos mesmos com meio aquosa pode ser justificada pela localização do átomo de hidrogênio presente no carbono quiral do enantiômero S, que favorece a sua interação com as moléculas de água. Para trabalhos futuros, pretendemos verificar a influência do pH nas rotas de hidrólises estudadas e também realizar cálculos de variação de energia livre para esse processo.

ABSTRACT

In this work we have studied the differences in the conformational and electronic properties of molecules that were proposed as models of the S and R enantiomers of the complex [Pd(C2, N-dmpa)(dppe)]Cl in hydrolysis processes. Due to the chirality these possible differences may play an important role in the antitumoral action mechanism of these complexes, since it was experimentally observed an enantioselectivity and the S enantiomer showed to be an active antitumoral drug whereas the R was inactive. Therefore, the general objective of this work was to supply theoretical information, obtained from quantum calculation and computer simulations, to try to explain the enantioselectivity of these complexes. First, a study of the molecular HOMO and LUMO orbitals of those molecules was made and it was possible to conclude that the four bonds of the palladium are the most susceptible to hydrolysis process. Then, two possibilities of breaking each one of the four bonds were investigated: at first when the proton of the water bonds to the palladium and to hydroxyl bonds to the other atom of the breaking bond; and secondly when to hydroxyl bonds to the palladium and the proton bonds to the other atom of the breaking bond. In a comparative way the precision and the computational cost of the approach of the ab initio method (HF) and the hybrid density functional method with one change-correlation potential (B3LYP) was studied with different basis set through calculations of the hydrolysis variation of enthalpy with the objective of improving the theoretical description of the studied system. Quantum calculations and computer simulations to study the variation of enthalpy of 8 different routes of hydrolysis that produce a total of 16 difference hydrolyzed complexes we used. Based on the results, we have concluded that the larger difference of the enthalpy variation in the hydrolysis process between the enantiomers was in the Pd-N bond breaking. The difference was approximately 29 kcal/mol, favoring the S enantiomer. Therefore, we were able to conclude that this route of hydrolyze (breaking the Pd-N bond) presents a significant difference of the interactions of these antitumoral agents with the solvent environment. We believe that this difference between their interactions with aqueous solution can be due to the location of the hydrogen atom in the chiral carbon of the S enantiomer that favors its interaction with the molecules of water. For future works, we intend to verify the influence of the pH in the studied routes of hydrolysis and also perform the calculation of the variation of free energy in this process.

SUMÁRIO 1 – INTRODUÇÃO ............................................................................................ 15

2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ....................................................................... 20

2.1 Complexos a Base de Platina: História de Drogas Antitumorais ............ 20

2.2 Complexos a Base de Paládio: Nova Perspectiva para a Obtenção de

Drogas Antitumorais. ........................................................................................ 23

2.3 Estudos Teóricos de Complexos a Base de Paládio e Platina ............... 27

3 – MÉTODO .................................................................................................... 32

3.1 Introdução .............................................................................................. 32

3.2 Sistemas Estudados .............................................................................. 33

3.3 Cálculos Quânticos ................................................................................ 34

3.3.1 Estudos das Moléculas Isoladas ................................................. 34

3.3.2 Estudos da Entalpia da Reação de Hidrólise .............................. 37

3.4 Simulação Computacional ...................................................................... 40

3.4.1 Estudos das Moléculas em Meio Solvente .................................. 40

3.4.2 Estudos da Entalpia da Reação de Hidrólise em Meio Solvente . 43

4 – RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................... 46

4.1 Enantiômero Isolado .............................................................................. 46

4.2 Reações de Hidrólise ............................................................................. 48

4.3 Análise das Rotas de Hidrólise em Fase Gasosa ....................................... 51

4.3.1 Quebra da Ligação Pd-P(19) ............................................................. 51

4.3.2 Quebra da Ligação Pd-P(12) ............................................................. 54

4.3.3 Quebra da Ligação Pd-N(20) ............................................................. 56

4.3.4 Quebra da Ligação Pd-C(6) .............................................................. 59

4.3 Sumário e Discussões das Rotas de Hidrólise em Fase Gasosa .......... 61

4.5 Análise das Rotas de Hidrólise em Meio Aquoso ................................... 65

4.5.1 Análise da Energia de Relaxação do Solvente ................................ 66

4.5.2 Análise da Energia de Interação Soluto-Solvente ............................ 69

4.5.3 Análise da Variação de Entalpia de Hidrólise em Solução ............... 71

5 - CONCLUSÕES E SUGESTÕES ................................................................. 75

REFERÊNCIAS ................................................................................................ 79

APÊNDICE ...................................................................................................... 88

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1-1: Representação esquemática da identificação da nomenclatura

(R/S) retirada da referência (5). ........................................................................ 16

Figura 1-2: Representação esquemática de fármacos com centros quirais (7).

O asterisco identifica o carbono quiral. ............................................................. 17

Figura 1-3: Representação esquemática dos enantiômeros: [Pd(S(-),C2,N-

dmpa)(dppe)]Cl e [Pd(R(+),C2,N-dmpa)(dppe)]Cl que apresentam

enantioseletividade. Ph representa, por simplificação, o grupo fenil................. 18

Figura 2-1: Representação esquemática de complexos de coordenação

inorgânica que apresentam atividade antitumoral............................................. 20

Figura 2-2: Representação esquemática da Oxalinplatina ........................... 21

Figura 2-3: Novos complexos a base de platina com atividade antitumoral. 22

Figura 2-4: Representação esquemática da formação do anel ciclometalada.

Figura retirada da referência (42). .................................................................... 24

Figura 2-5: Representação esquemática do complexo ciclopaladado [Pd2(C2,

N-S(-)dmpa)2(-dppe)Cl2] (9). ........................................................................... 25

Figura 2-6: Representação esquemática dos complexos ciclopaladados

[Pd2(C2, N-S(-)dmpa)2(-dppf)Cl2] (43). ............................................................ 26

Figura 2-7: Representação esquemática íon paladaciclo [Pd(C2,N-S(-)dmpa)

(dppf)]Cl (44). .................................................................................................... 27

Figura 2-8: Representação esquemática dos complexos estudados por

Zeizinger e colaboradores (68). ........................................................................ 29

Figura 2-9: Representação esquemática do mecanismo de substituição

estudada por Jaroslav e colaboradores. X, Y, Z e V são grupos que podem ser

átomos de Cl ou NH3. Figura retirada da referência (70). ................................. 30

Figura 3-1: Representação esquemática das moléculas modelo, na forma

iônica, que foram estudadas neste trabalho. .................................................... 33

Figura 3-2: Representação esquemática das rotas de hidrólise que foram

estudadas neste trabalho. O composto (a) foi chamado de IIR(PdH) e IIS(PdH),

dependendo da quiralidade; (b) IIIR(PdOH) e IIIS(PdOH); (c) IVR(PdH) e

IVS(PdH); (d) VR(PdOH) e VS(PdOH); (e) VIR(PdH) e VIS(PdH); (f)

VIIR(PdOH) e VIIS(PdOH); (g) VIIIR(PdH) e VIIIS(PdH); (h) IXR(PdOH) e

IXS(PdOH). ....................................................................................................... 35

Figura 3-3: Geometrias otimizadas para os enantiômeros: (a) IR (b) IS. As

circunferências indicam o centro quiral. ............................................................ 36

Figura 3-4: Ilustração do processo reativo de hidrólise utilizado no cálculo da

variação de entalpia de hidrólise em solução através de simulações

computacionais. ................................................................................................ 41

Figura 4-1: Geometria otimizada e definição da numeração dos átomos dos

enantiômeros: (a) IR e (b) IS............................................................................. 47

Figura 4-2: Orbitais LUMO dos enantiômeros: (a) IR (b) IS ............................ 48

Figura 4-3: Geometria da molécula (VIIS(PdOH)) formada na quebra da ligação

Pd-N(20) do enantiômero IS, seguindo a rota (f) da Figura 3-2. ......................... 50

Figura 4-4: Valores descritos na Tabela 4-1, da variação da entalpia de

hidrólise do enantiômero IS na rota (f) da Figura 3-2 . Círculo aberto é o valor

da entalpia obtido pelo método HF e os círculos fechados são valores obtidos

pelo método B3LYP. ......................................................................................... 51

Figura 4-5: Geometrias das moléculas formadas na quebra da ligação Pd-P(19)

do enantiômero IR. Em destaque estão as localizações da hidroxila depois do

processo de hidrólise. ....................................................................................... 52


do enantiômero IS. Em destaque estão as possíveis localizações da hidroxila

depois do processo de hidrólise. ....................................................................... 53


do enantiômero IR. Em destaque estão as possíveis localizações da hidroxila





Figura 4-9: Geometrias das moléculas formadas na quebra da ligação Pd-N(20)








depois da hidrólise. A molécula (a) possui uma variação da entalpia de hidrólise

de 73.0 kcal/mol. A molécula (b) possui uma variação da entalpia de hidrólise

de 68.0 kcal/mol. ............................................................................................... 58

Figura 4-12: Geometrias das moléculas formadas na quebra da ligação Pd-C(6)








depois da hidrólise. A molécula (a) possui uma variação da entalpia de hidrólise

de 1.0 kcal/mol. A molécula (b) possui uma variação da entalpia de hidrólise de

-5.7kcal/mol....................................................................................................... 61

Figura 4-15: Variações da energia potencial de interação solvente-solvente em

torno do seu valor médio, em função de ciclos MC. ......................................... 67

Figura 4-16: Gráfico da convergência da variação da energia potencial de

interação soluto-solvente ( WIU ) e da energia potencial de interação solvente

– solvente ( WWU ). ......................................................................................... 68

Figura 4-17: Energia potencial de interação soluto-solvente dos complexos

hidrolisados IR e IS respectivamente, em função dos momentos de dipolo. .... 70

LISTA DE TABELAS

Tabela 4-1: Valores das distâncias de ligações (em Angstron) que envolvem o

átomo de paládio. ............................................................................................. 47

Tabela 4-2: Comparação de métodos/função base para cálculo da variação da

entalpia de hidrólise em fase gasosa (em kcal/mol) (Informar a máquina

utilizada) ........................................................................................................... 50

Tabela 4-3: Valores calculados para variação da entalpia de hidrólise (HF/6-

31G), em fase gasosa dos complexos hidrolisados obtidos na quebra da ligação

Pd – P(19). Rotas (a) e (b) da Figura 3-2. ........................................................... 53

Tabela 4-4: Valores calculados para a variação de entalpia de hidrólise (HF/6-


Pd – P(12). Rotas (c) e (d) da Figura 3-2. ........................................................... 55

Tabela 4-5: Valores calculados para a variação de entalpia de hidrólise (HF/6-


Pd –N(20). Rotas (e) e (f) da Figura 3-2. ............................................................ 58

Tabela 4-6: Valores calculados para a variação de entalpia de hidr’ólise (HF/6-


Pd – C(6). Rotas (g) e (f) da Figura 3-2. ............................................................. 60

Tabela 4-7: Sumário dos valores calculados da variação da entalpia de

hidrólise (HF/6-31G), em fase gasosa para as diferentes rotas mostradas na

Figura 3-2. ........................................................................................................ 63

Tabela 4-8: Sumário dos valores calculados da variação da entalpia de

hidrólise (B3LYP/ 6-31+G(d)), em fase gasosa para as diferentes rotas

mostradas na Figura 3-2. .................................................................................. 64

Tabela 4-9: Valores calculados para a variação da energia potencial de

interação soluto-solvente ( WIU ), e a variação da energia potencial de

interação solvente-solvente ( WWU ). .......................................................... 67

Tabela 4-10: Valores calculados para energia potencial de interação soluto-

solvente dos complexos hidrolisados embebidos em 800 moléculas de água. 70

Tabela 4-11: Valores calculados para a variação da entalpia de hidrólise dos

complexos hidrolisados em solução. A variação da entalpia de hidrólise das

moléculas em fase gasosa foi calculada pelo método HF/6-31G. .................... 72

Tabela 4-12: Valores calculados para a variação da entalpia de hidrólise dos

complexos hidrolisados. A variação da entalpia de hidrólise das moléculas em

fase gasosa foi calculada pelo método B3LYP/ 6-31+G(d)............................... 73

15

1 – INTRODUÇÃO

Atualmente a medicina dispõe de alguns tratamentos com o objetivo de

combater o câncer. O avanço científico alcançado pela quimioterapia tem

propiciado uma estatística crescente no tratamento e na cura de muitos tipos de

câncer [1]. Esse campo de investigação, em constante expansão, que

compreende o entendimento da ação biológica de novas drogas sobre células

normais e cancerígenas, trouxe uma melhoria significativa nas terapias contra o

câncer. A quimioterapia, juntamente com o uso de radiação, é uma das

técnicas mais efetivas no combate ao câncer.

Aproximadamente 50% das drogas, em geral, atualmente

comercializadas são quirais [2], ou seja, tem em sua estrutura um ou mais

átomos de carbono saturado (hibridização sp3), que apresenta quatro radicais

diferentes ligados a ele. Uma molécula com carbono desse tipo pode existir em

dois arranjos espaciais diferentes, que são estereoisômeros um do outro. Esses

tipos de estereoisômeros são chamados de enantiômeros.

Os enantiômeros apresentam a maioria de suas propriedades físicas

idênticas e, quimicamente, eles demonstram comportamentos diferentes. Essa

característica é de extrema importância biológica, uma vez que a maioria das

moléculas que participam de processos bioquímicos, como proteínas de

membranas e enzimas, também são compostos quirais [3].

Se nomearmos dois enantiômeros usando apenas o sistema de

nomenclatura IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), eles

terão o mesmo nome. Portanto com o objetivo de diferenciar esses compostos,

Cahn e colaboradores [4] desenvolveram um método para especificar o

enantiômero em torno do seu centro quiral. Esse método chamado de (R/S) é

amplamente utilizado e faz parte das regras da IUPAC.

Para a aplicação desse método, primeiramente determina-se uma

prioridade (a à d) para os átomos ou grupos diretamente ligados ao centro

quiral. Essa prioridade é definida pelo grau de complexidade do átomo ou grupo

que está ligado ao carbono quiral. Ao grupo com menor complexidade é

atribuído a prioridade mais baixa d.

16

A molécula pode ser considerada como um modelo físico tridimensional

a qual pode ser desenhada ou, ainda visualizada mentalmente com uma

representação tridimensional de tal modo que o grupo de menor prioridade d

seja posicionado do lado oposto ao do observador como mostra Figura 1-1. O

arranjo dos grupos remanescentes é então considerado para especificar a

configuração R ou S. Um círculo imaginário é traçada partindo-se do grupo de

maior prioridade (a) para o de segunda prioridade e finalmente para o grupo de

terceira prioridade. Se o caminho percorrido for no sentido horário, a

configuração é R e se for no sentido anti-horário a configuração é S [5].

Figura 1-1: Representação esquemática da identificação da nomenclatura (R/S) retirada da referência [5].

Existe também uma outra nomenclatura atribuída aos enantiômeros e

que esta relacioanda à sua capacidade de desviar a luz plano polarizada para a

direita (D ou +) e para a esquerda (L ou -). Esta propriedade que enantiômeros

podem apresentar, depende não somente do arranjo espacial dos seus átomos

ou grupos, mas também do meio em que eles se encontram. Um exemplo são

os enantiômeros do anticoagulantes varfarina, onde o enantiômero S apresenta

rotação positiva (D) e o R rotação negativa (L) em n-hexano-2-propanol,

enquanto que em n-heptano-acetato de etila o desvio é negativo para o

enantiômero S e positivo para R [6]. Dessa forma, pode-se perceber que as

denominações R-S e D-L são independentes e, portanto podemos ter

enantiômeros S(+) ou S(-) e da mesma maneira o enantiômero R(+) ou R(-).

Na Figura 1-2 apresentamos alguns exemplos de substâncias vendidas

nas farmácias como fármacos. Todos os fármacos mencionados nessa figura

são quirais. É sabido que qualquer modificação da orientação espacial dos

17

substituintes ao redor do centro quiral pode mudar completamente o efeito

biológico de um fármaco em nosso corpo. A esse efeito se dá o nome de

enantioseletividade.

Um exemplo da enantioseletividade, muito conhecido e que teve efeitos

muito graves, é o da talidomida (Figura 1-2a) que é um sedativo leve e pode ser

utilizado no tratamento de náuseas, muito comum no período inicial da

gravidez. Quando foi lançado, no final da década de 50, era considerado

seguro para o uso de grávidas, sendo administrado com uma mistura

equivalente dos dois enantiômeros. Entretanto, não se sabia na época é que

um dos enantiômeros apresenta uma atividade teratogênica, ou seja, leva à má

formação congênita, afetando principalmente o desenvolvimento normal dos

braços e pernas de bebês. O uso indiscriminado desse fármaco levou ao

nascimento de milhares de bebês com graves defeitos físicos [7].

Figura 1-2: Representação esquemática de fármacos com centros quirais [8]. O asterisco identifica o carbono quiral.

Esse lamentável acontecimento despertou a atenção da comunidade

científica e das autoridades farmacêuticas sobre a importância da quiralidade

na atividade biológica.

Neste trabalho, utilizamos técnicas de modelagem molecular para

estudar compostos quirais paladaciclos que apresentam enantioseletividade na

atividade antitumoral. De acordo com resultados obtidos por Caires [9] os

Talidomida (a)

C*

N

O

O N

O

O

H

Ketamida (b)

Aspartame (c)

OOH

CH2

*C

NH2

O

NC*

O

O CH3

HHH

C*

N

CH3

H

O

18

enantiômeros do complexo organometálico [Pd(C2, N-dmpa)(dppe)]Cl onde

dmpa representa a N,N-dimetil-1-fenetilamina, e o dppe o ligante 1,2

bis(difenilfosfina)etano, apresentados na Figura 1-3, mostraram uma

significativa enantioseletividade no combate a células do melanoma. O

enantiômero [Pd(S(-) C2, N-dmpa)(dppe)]Cl (Sdmpa), apresenta uma atividade

antitumoral impedindo de forma significativa a formação de tumor in vitro e in

vivo; enquanto o enantiômero [Pd(R(+) C2, N-dmpa)(dppe)]Cl (Rdmpa),

mostrou-se inativo.

Figura 1-3: Representação esquemática dos enantiômeros: [Pd(S(-),C

2,N-dmpa)(dppe)]Cl e

[Pd(R(+),C2,N-dmpa)(dppe)]Cl que apresentam enantioseletividade. Ph representa, por

simplificação, o grupo fenil.

O trabalho de Rodrigues e colaboradores [10] discute, através das

análises dos efeitos biológicos desses complexos, que a atividade antitumoral

desses compostos apresenta claramente uma dependência com a estrutura do

anel ciclo-Pd. Além disso, destaca a importância do carbono quiral, o qual no

complexo Sdmpa uma interação intramolecular, como por exemplo, uma

ligação de hidrogênio poderia estabilizar a molécula e gerar uma forte atividade

antitumoral in vivo. Outro resultado mencionado nesse trabalho é que o

complexo Sdmpa afeta, muito ativamente, o metabolismo respiratório das

células tumorais, causando um colapso no gradiente de próton da cadeia

respiratória da mitocôndria, gerando uma diminuição na taxa de acidificação

extracelular. Como conseqüência dessas observações experimentais,

concluímos que a estrutura molecular desses complexos parece ter um

importante papel no mecanismo de ação biológica e adicionalmente acredita-se

que ao serem expostos ao ambiente biológico, eles sofrem um processo de

hidrólise.

Pd

NH

CH3 CH

3

CH3

P

P

Ph

Ph

Ph

Ph

+

*

Cl

Pd

NCH3

HCH

3

CH3

P

P

Ph

Ph

Ph

Ph

+

*

Cl

(a) (b)

19

Portanto este trabalho teve como objetivo central estudar através de

métodos teóricos as possíveis modificações estruturais desses complexos em

processos de hidrólise, que podem auxiliar na compreensão da atividade

biológica seletiva desses enantiômeros. Além disso, este trabalho teórico teve

também como objetivo, adicionar informações e servir como uma ferramenta de

apoio para interpretações de alguns resultados experimentais ainda pouco

elucidados.

Neste trabalho, estudamos primeiramente os compostos paladaciclos de

forma isolada utilizando cálculos quânticos. Determinamos que as 4 ligações do

paládio são suscetíveis as possíveis rotas de hidrólise e estudamos a quebra

dessas quatro ligações através de duas possibilidades:

O próton (H+) da água se ligando com o paládio (Pd) e a hidroxila

(OH-) se ligando ao restante da molécula, ou;

A hidroxila da água se ligando com o paládio e o próton se ligando

ao restante da molécula.

Dessa forma, estudamos 16 complexos hidrolisados isoladamente, com

o objetivo de identificar possíveis diferenças com relação à quiralidade presente

nos enantiômeros estudados. Em seguida, utilizando simulações

computacionais, incluímos o meio aquoso a fim de estudar os efeitos de

solvente no processo de hidrólise desses compostos.

No capítulo seguinte, discutimos recentes avanços que envolvem

complexos a base de paládio para a terapia do câncer e apresentamos uma

perspectiva de trabalhos teóricos que envolvem o metal paládio (capítulo 2). O

capítulo 3 é destinado à descrição dos procedimentos teóricos utilizados. No

capítulo 4 apresentamos e discutimos os resultados obtidos e por fim, no

capítulo 5 expomos nossas conclusões e perspectivas .

20

PtNH

3

NH3

O

O

C

C

O

O

2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Complexos a Base de Platina: História de Drogas Antitumorais

Por um longo tempo, as drogas inorgânicas, especialmente as que

possuíam metais, não foram estudadas porque metais eram considerados

poderosos agentes cancerígenos [11]. Porém, em 1965, Rosenberg e Van

Camp e Krigas investigando os efeitos de campos elétricos em processos de

crescimento de colônias de bactérias [12], observaram uma poderosa atividade

antitumoral proveniente do composto de coordenação chamado cisplatina [13].

Essa descoberta originou novos estudos e perspectivas para uma nova classe

de agentes antitumorais chamados de complexos de coordenação inorgânicos.

O sucesso clínico do composto, descoberto por Rosenberg e colaboradores cis-

[diaminodicloroplatina II], cis – [PtCl2(NH3)2] denominado cisplatina (Figura 2-1

a) no combate de tumores em pacientes terminais [14] e depois no tratamento

de tumores localizados como de testículos [15] e de ovário [[16], bem como a

necessidade de diminuição da toxicidade renal em tratamentos clínicos,

motivaram o estudo desses complexos e outros similares [17] por várias

décadas.

Não obstante, o intenso trabalho realizado ao longo desses anos [18],

por pesquisadores do mundo inteiro, avançaram até a fase de testes clínicos só

alguns complexos semelhantes como é o caso da Carboplatina [19], (Figura 2-

1b), que recebeu aprovação do FDA (U.S. Food and Drug Administration) para

comercialização em grande escala.

Figura 2-1: Representação esquemática de complexos de coordenação inorgânica que apresentam atividade antitumoral.

Cisplatina (a) Carboplatina (b)

PtCl

Cl

NH3

NH3

21

A determinação estrutural dos sistemas obtidos pela interação entre

complexos de platina e oligonucleotídeos [20], aumentaram a compreensão

dos mecanismos biológicos desses compostos de coordenação. Os estudos

foram objetivamente focados na síntese de complexos de platina contendo

ligantes que, em hipótese, aumentariam a afinidade dos mesmos pelo DNA por

meio da interação desses complexos com o meio biológico [21],[22],[23]. Esse

é o caso da oxalinplatina (1R, 2R - diaminociclohexano)oxalato de platina II,

(Figura 2-2), que pertence a terceira geração de compostos antitumorais a base

de platina [24]. A combinação desse último complexo com o 5-fluorouracil, foi

recentemente aprovado na Europa, Ásia e América Latina para o tratamento de

câncer de cólon [24].

NH2

NH2

Pt

O

O

O

O

Figura 2-2: Representação esquemática da Oxalinplatina

O entusiasmo inicial causado pela descoberta de novos agentes

antitumorais foi, porém, diminuindo com a observação de que a cisplatina,

agente quimioterápico mais usado, apresentava vários efeitos tóxicos,

realçando a toxicidade renal, gastrointestinal e neurotoxicidade [25]. Por causa

desses efeitos tóxicos, o uso da cisplatina foi suspenso por um tempo. Foi

procurado então, o uso de técnicas, que viabilizassem o uso dessas drogas. A

toxicidade renal é reversível quando ministradas em pequenas doses, mas em

altas dosagens as lesões causadas a esse órgão são severas e irreversíveis

[26]. A toxicidade gastrointestinal manifesta-se através de náuseas e vômitos

intensos tornando difícil o manejo terapêutico. A neurotoxicidade manifesta-se

principalmente através da neuropatia periférica, embora seja geralmente de

pequena intensidade e raramente limita o uso da droga.

Atualmente, as pesquisas têm sido direcionadas para o desenvolvimento

de [27]:

(a) Melhores técnicas de administração de drogas, diminuindo a toxicidade,

sem interferir no efeito citotóxico;

(b) Melhor dosagem terapêutica para cada tipo de tumor;

22

(c) Melhores vias de administração; e

(d) Funcionamento simultâneo de associações terapêuticas.

Embora na maioria das combinações utilizadas, não se saiba a relação

entre a estrutura da substância química e sua atividade biológica, estudos com

novas estratégias foram desenvolvidos com resultados positivos. O mecanismo

biológico de cross-link de drogas a base de cisplatina com bases nitrogenadas

de moléculas de DNA são bem documentadas [20],[21],[22],[23],[24]. Foi

demonstrado que complexos de platina contendo ligantes planares como

[Pt(terpy)(HET)], são capazes de se inserir em dinucleotídeos, por diferentes

caminhos[28) , assim complexos derivados de pirimidina [29],[30] e aminas

[31] em configuração trans apresentam atividade comparável a cisplatina. No

complexo trans – [Pt (Cl2py2)], (Figura 2-3 (a)), o plano formado por moléculas

de piridina permite a inserção dos complexos entre as bases nitrogenadas das

moléculas de DNA. A ligação Pt – Cl perpendicular a esse plano é de certa

forma orientado para favorecer a interação entre a platina e o DNA. Na

geometria cis do mesmo complexo, cis – [Pt (Cl2py2)] apenas uma das

moléculas de piridina pode ser inserida de cada vez [32].

O mecanismo biológico dessas novas drogas ainda não é claro.

Acredita-se que a estrutura planar dos ligantes possa aumentar a

especificidade dos complexos por meio de seqüência de bases nitrogenadas

favorecendo diferentes formações com o DNA e até mesmo por reações com

outras biomoléculas, sendo um importante aspecto para o mecanismo

biológico.

Pt

COCH3

COCH3

NH3

NH2

Cl

Cl

Pt

COCH3

COCH3

NH3

NH2

Cl

Cl

Figura 2-3: Novos complexos a base de platina com atividade antitumoral.

Complexos de platina (IV) são mais solúveis em água que complexos

semelhantes à base de platina (II) e têm sido objeto de intensa investigação e

provavelmente serão usados na quimioterapia no futuro. A Satraplatina, (Figura

(b) (a)

Pt NN

Cl

Cl

23

2-3 b), é o primeiro complexo de platina ministrado oralmente, e apresenta uma

alta atividade biológica contra linhagens de câncer de próstata. Acredita-se que

os complexos a base de platina (IV) manifestem sua atividade biológica depois

de sofrerem redução à platina (II) dentro do organismo e também provoquem

lesões celulares através de interações com o DNA.

Com base no sucesso alcançado pelos complexos de coordenação de

platina como agentes antitumorais, outros estudos enfocando a química dos

complexos a base de paládio têm surgido no meio científico. Porém,

comportamentos químicos e biológicos diferentes e peculiares desses

complexos, quando comparados aos complexos de platina, tornam esses novos

compostos, uma das estratégias mais importantes para o design de novas

drogas antitumorais.

2.2 Complexos a Base de Paládio: Nova Perspectiva para a Obtenção de Drogas Antitumorais.

Inicialmente a grande maioria dos complexos metálicos antitumoras

sintetizados e caracterizados eram estruturalmente análogos à cisplatina [33].

Entretanto, devido a alta toxicidade e labilidade apresentada por esses

complexos, houve uma diminuição no interesse de novos compostos desse tipo

[34],[35]. Assim o trabalho desenvolvido por Khan e colaboradores [36], discute

que complexos de paládio possuem pouca ou nenhuma aplicação como drogas

antitumorais. Esse fato é devido à grande labilidade e a rápidas reações de

hidrólise de complexos a base de paládio no meio biológico quando comparado

aos complexos a base de platina [36]. No esforço de superar esse problema

esse mesmo autor e colaboradores usaram ligantes quelantes na síntese de

complexos a base de paládio. Os resultados demonstraram que o composto

[Pd (meth)(2-merpy)Cl]Cl tem uma significante citotoxidade, podendo agir como

um poderoso agente antitumoral [36]. Assim, trabalhos com outros complexos a

base de paládio começaram a ter outras perspectivas de uso, especialmente à

classe dos complexos ciclopaladados.

Na área médica e bioquímica, alguns trabalhos mencionam os

compostos ciclopaladados como efetivos agentes antitumorais [37], [38]

24

principalmente no combate as células leucêmicas e do câncer mamário . Esse

é o caso do composto contendo ligante N-(4-metoxifenil)- -

benzoilidenoanilina [39].

O trabalho realizado por Navarro-Ranninger e colaboradores [40], e

incluindo referências, demonstrou várias propriedades estruturais interessantes

acerca de compostos ciclometalados a base de platina e paládio na sua função

como agentes antitumorais.

O termo ciclometalado, introduzido por Trofimenko [41], descreve

reações nas quais ligantes orgânicos sofrem uma reação de metalação

intramolecular levando a formação de um anel quelato com uma coordenação

entre o metal M e um átomo doador Y dos grupos V (N, P, As) ou VI(O, S, Se) e

uma ligação covalente metal-carbono, sendo X um halogênio ou grupo alquil

como ilustra a Figura 2-4.

Figura 2-4: Representação esquemática da formação do anel ciclometalada. Figura retirada da referência [42].

Rodrigues e colaboradores [10], estudaram compostos paladaciclos

obtidos por agentes ciclometalantes N,N dimetil-1-fenetilamina (dmpa), fenil-2-

piridinilacetileno e 1-fenil-3-N,N dimetilaminapropeno, respectivamente e

contendo o ligante bifosfínico 1,2 bis (difenilfosfina) etano (dppe). Os complexos

foram testados “in vitro” e “in vivo” contra células de melanoma de ratos do tipo

B16F10-Nex2. Os três complexos foram inibitório “in vitro” em baixas

concentrações (<1,25M) e o complexo [Pd2(C2,N-S(-)dmpa)(-dppe)Cl2]

(Figura 2-5) foi o mais ativo “in vivo” retardando o crescimento do tumor e

prolongando a sobrevivência do animal. “In vitro” o complexo causou um

colapso na atividade respiratória com uma repentina diminuição da acidificação

extra celular em incubação curta (até 100 minutos) acompanhado por

degradação do DNA após 24 horas.

25

O complexo a base de paládio [Pd2(C2, N-S(-)dmpa)(-dppe)Cl2] foi

muito efetivo no combate a células do melanoma murino. Esses resultados

introduzem o complexo de paládio mencionado, como uma droga antitumoral

promissora com excelente especificidade estrutural e ativa “in vivo” e “in vitro”.

Em outro trabalho, envolvendo compostos paladaciclos antitumorais com

ligantes bifosfínicos, Bincoletto e colaboradores [43], descreveram importantes

propriedades exibidas pelos ciclopaladados quirais derivados da N,N dimetil-1-

fenetilamina e o ligante de coordenação 1,1 bis(difenilfosfina)ferroceno(dppf).

Esses complexos (Figura 2-6) foram sintetizados e estudados como inibidores

de catepsina B e como agentes antitumorais contra tumores sólidos.

Figura 2-5: Representação esquemática do complexo ciclopaladado [Pd2(C

2, N-S(-)dmpa)2(-

dppe)Cl2] [10].

O resultado revelou que o complexo de paládio [Pd2(C2, N-S(-)dmpa)2(-

dppf)Cl2] (2) pode inibir a atividade da catepsina B de uma forma reversível. A

aplicação desses complexos em tumores de Walker implantados em ratos,

resultou em 90% de inibição no crescimento de tumores. Estudos toxicológicos

usando camundongos tratados com uma grande dose desse complexo

(100mg/kg) não apresentaram nenhuma alteração na morfologia das células

sanguíneas. Resultados similares foram obtidos com tecidos hepáticos, tecidos

do rim e tecidos do baço.

26

Figura 2-6: Representação esquemática dos complexos ciclopaladados [Pd2(C

2, N-S(-

)dmpa)2(-dppf)Cl2] [43].

Os resultados obtidos por esse trabalho [43], mostra que complexos

ciclopaladados binucleados derivados do enantiômero S(-)dimetil-1-fenetilamina

contendo o ligante 1,1 bis(difenilfosfina)ferrocene é um promissor agente

antitumoral com toxicidade reduzida.

Outro resultado mencionado nesse trabalho, é a verificação do efeito

inibitório dos compostos paladaciclos na atividade da catepsina B. A catepsina

B está envolvida na proliferação de células endoteliais em meio de cultura e

angiogênese. É importante salientar que os efeitos inibidores do S(-)dimetil-1-

fenetilamina contendo o ligante 1,1 bis(difenilfosfina)ferrocene na atividade da

catepsina B foram verificados em tumores de Walker implatados em ratos,

sugerindo, portanto uma relação entre os efeitos antitumorais do S(-)dimetil-1-

fenetilamina com o efeito inibidor do complexo na atividade da catepsina B.

Em outra publicação, ainda envolvendo estudos de compostos

paladaciclos derivados do enantiômero S(-) do N,N dimetil-1-fenetilamina e do

bis (difenilfosfina) ferrocene, Barbosa e colaboradores [44] observaram que o

íon do complexo paladaciclo mononucleado [Pd(C2,N-S(-)dmpa)(dppf)]Cl,

Figura 2-7, tem uma notável ação biológica antitumoral, agindo por via

lisossomal. Além disso, estudos toxicológicos demonstraram que o complexo

paladaciclo apresenta baixo nível de toxicidade para tecidos normais, o que

sugere uma alta seletividade para células tumorais.

27

Figura 2-7:Representação esquemática íon paladaciclo [Pd(C2,N-S(-)dmpa) (dppf)]Cl [44].

2.3 Estudos Teóricos de Complexos a Base de Paládio e Platina

Com o desenvolvimento da química computacional nas últimas décadas,

a modelagem teórica de metais de transição está cada vez mais evoluída.

Alguns trabalhos de revisão discutem a importância da química teórica na

descrição de propriedades químicas e físicas de sistemas envolvendo metais

de transição [45],[46]. Cálculos de mecanismos de reações através da química

teórica também são bem documentados [47],[48]. Geralmente os métodos

utilizados para otimização de geometria e cálculos de energia de complexos a

base de metais de transição são métodos que envolvem Funcional de

Densidade (DFT) [49],[50],[51] Hartree-Fock (HF) [52] e teoria de perturbação

de Moller-Plesset de segunda ordem (MP2) [53].

O progresso proeminente na química teórica no estudo de metais de

transição estimulou os profissionais dessa área a estudar complexos de paládio

e platina [54]. Isso porque, esses dois metais podem facilmente interagir com

moléculas orgânicas e inorgânicas dando origem a interessantes complexos

[55], [56],[57],[58],[59]. A descoberta da atividade antitumoral na cisplatina é

um grande exemplo disso.

Foram publicados muitos estudos computacionais em cisplatina e

complexos relacionados, que elucidam sua interação com peptídeos e com

moléculas de DNA. O trabalho de Deubel [60] compara a afinidade de

28

interação da cisplatina com vários sítios contendo átomos de enxofre e

nitrogênio em moléculas de aminoácidos e bases purinas de DNA. Nesse

trabalho cálculos quânticos utilizando o método BP86 com um conjunto de base

grande (VTZP) foram usados. Os cálculos mostram que diferenças

consideráveis nas energias de ligação do complexo de cisplatina com

compostos N-heterocíclicos como 1-metilimidazol, 9-metiladenina, e 9-

metilguanina surgem de interações eletrostáticas ao invés de interações

envolvendo orbitais.

Um estudo comparativo entre a estrutura e o espectro vibracional das

moléculas de cisplatina e carboplatina foi desenvolvido por Wysokinski e

Michalska [61]. Oito modelos de DFT (G96LYP, G96PW91, mPWPW,

PW91PW91, mPW1PW, mPW1LYP, B3LYP [62] e B3PW91) , como também o

HF e MP2, foram estudados para determinar as estruturas moleculares,

freqüências vibracionais, intensidades no infra-vermelho e Raman dessas

moléculas. Para todos os átomos foram utilizados pseudopotenciais Lanl2DZ

[63] e SDD [64],[65]. Foi concluído a partir desse estudo que

mPW1PW/Lanl2DZ é um método seguro, que pode ser usado para predizer

estruturas moleculares e espectros vibracionais de compostos de coordenação

que contêm platina (II). Fazendo uma avaliação comparativa dos métodos

utilizados por Wysokinski e Michalska [61], observa-se que o método de cálculo

HF/Lanl2DZ descreve bem a geometria das moléculas estudadas, cerca de

aproximadamente 2% de diferença do melhor resultado obtido. Outro método

de cálculo que também descreve bem a geometria das moléculas de cisplatina

e carboplatina é o B3LYP/Lanl2DZ, menos de 1% de diferença do melhor

resultado obtido. Por esse motivo, os autores concluem que o uso de funções

base mais estendidas e a utilização de outros Funcionais não introduzem

melhorais importantes nos cálculos de otimização de geometria para essas

moléculas.

Em outra publicação, Zhang e colaboradores [66] apresentam um estudo

sobre o mecanismo de hidratação da cisplatina. Como parte dos resultados

obtidos pelos autores, destaca-se o estudo comparativo dos diferentes métodos

computacionais utilizados na otimização da estrutura da molécula de cisplatina.

Os métodos de cálculo utilizados foram HF, MP2, BPL, BVWN, BVWN5, BLYP,

BP86, BPW91, B3LYP, B1LYP, B3PW91, B3P86 e mPW1PW91 com os

29

pseudopotenciais SDD e Lanl2DZ para a platina e função base STO-3G para

todos os outros átomos. Os resultados obtidos por esse trabalho, sugerem que

a estrutura do complexo de platina tenha uma dependência com o

pseudopotencial utilizado. Além disso, concluiu-se que o método mPW1PW91,

utilizando o pseudopotencial SDD [64], [65] foi o nível de cálculo que forneceu

a estrutura molecular da cisplatina, que melhor se aproxima da estrutura

cristalina obtida por raio X [67] . Fazendo uma avaliação comparativa dos

métodos utilizados por Zhang e colaboradores [66], observa-se que o método

de cálculo HF/Lanl2DZ descreve bem a geometria da molécula de cisplatina,

cerca de 2% de diferença do melhor resultado obtido. Outro método de cálculo

que também descreve bem a geometria da molécula é o B3LYP/Lanl2DZ, cerca

de 1% de diferença do melhor resultado obtido.

Figura 2-8: Representação esquemática dos complexos estudados por Zeizinger e colaboradores [68].

Em outro trabalho envolvendo mecanismo de hidratação de metais de

transição, Zeizinger e colaboradores [68], estudaram a energia de solvatação

de quatro complexos quadrado-planar a base de paládio (Figura 2-8). A

estrutura de equilíbrio desses complexos foi obtida utilizando o método de

cálculo MP2, com função base 6-31G* para todos os átomos com exceção do

paládio. O átomo de paládio foi descrito pelo pseudopotencial de Stuttgart [69].

Os resultados foram comparados com dados correspondentes à complexos

PdNH

3

Cl

NH3

Cl

cis - [diaminodicloropaládio II]

PdCl

NH3

NH3

Cl

trans - [diaminodicloropaládio II]

PdNH

3

NH3

NH3

NH3

2+

tetraaminopaládio

PdCl

Cl

Cl

Cl

2-

tetracloropaládio

30

análogos de platina, e observaram que a energia de solvatação dos complexos

de paládio e platina difere em aproximadamente 10 kcal/mol. Considerando a

atividade de hidratação da cisplatina e de complexos análogos de paládio em

processos bioquímicos e farmacológicos, conclui-se que não há diferença

significativa no processo de solvatação entre os complexos de paládio e platina.

Jaroslav e colaboradores [70] também trabalharam com métodos ab

initio para estudar o processo de substituição de dois ligantes das moléculas de

cisplatina, transplatina e análogos de paládio. O método de cálculo utilizado

primeiramente foi HF, em seguida, o método de cálculo MP2 foi utilizado para

obter a estrutura de equilíbrio dessas moléculas. Ambos os cálculos foram

realizados utilizando a função base 6-31+G(d) para todos os átomos com

exceção do átomo de cloro, paládio e platina. Para esses átomos foram

utilizados os seguintes pseudopotenciais: Cl (MWB-10)[65], Pd (MWB-28)[71] e

Pt (MWB-60)[65]. Foram estudadas as características dos reagentes, produtos

e estados de transição no processo de substituição de dois ligantes do metal

por moléculas de água ou íons hidroxila como mostra a Figura 2-9.

Figura 2-9: Representação esquemática do mecanismo de substituição estudada por Jaroslav e colaboradores. X, Y, Z e V são grupos que podem ser átomos de Cl ou NH3. Figura retirada da referência [70].

Os resultados obtidos por esse trabalho [70] mostram que os complexos

de paládio são ligeiramente mais sensíveis a efeitos de substituição trans

comparado com complexos de platina. Além disso, os autores mencionam a

diferença de interação dos dois metais com o átomo de oxigênio do íon OH ,

sendo os complexos de paládio o que apresenta uma maior interação. Também

foi observado que todos os processos de hidratação são endotérmicos, e que

as reações de substituição ocorrem mais rápido em complexos de paládio

comparado com complexos de platina, isto porque as energias dos complexos

31

de paládio no estado de transição são menores comparado com complexos de

platina.

Complexos de paládio também vêm sendo estudados pelo nosso grupo

de pesquisa. Iadoccico [72] estudou os enantiômeros que são objeto de estudo

neste trabalho. Foram feitos à otimização de geometria dos enantiômeros R

dmpa e S dmpa, cálculo da energia, dipolo e cargas atômicas que descrevem

o potencial eletrostático. Nessa etapa, foi concluído que não há diferença

significativa nas estruturas tridimensionais e nas interações eletrostáticas

nessas moléculas devido à quiralidade. Numa segunda etapa desse

trabalho[72], foi feito uma validação do potencial empírico utilizado nas

simulações computacionais em meio aquoso através de comparação com

curvas de potencial de interação dos enantiômeros com uma molécula de água

obtidas de cálculos quânticos. Se concluiu que, os parâmetros do OPLS [73]

para os átomos H, N, C, O, P juntamente com os parâmetros de Lienke [74]

para o átomo de paládio descrevem muito bem a interação desses compostos

paladaciclos com a água. E finalizando o trabalho [72], não foi identificado

nenhuma interação específica (ligações de hidrogênio) desses complexos com

a água.

32

3 – MÉTODO

3.1 Introdução

Este é um trabalho teórico e teve o objetivo de estudar as possíveis

mudanças na estrutura geométrica de moléculas simplificadas que serviram de

modelo para os enantiômeros S(-) e R(+) dos complexos [Pd(C2, N-

dmpa)(dppe)]Cl (Sdmpa e Rdmpa apresentados na Figura 1-3) em processos

de hidrólise.

Como já apresentado no capítulo 1 dessa dissertação, essas possíveis

mudanças estruturais devem desempenhar um importante papel no mecanismo

de ação anti-tumoral desses complexos, uma vez que a enantioseletividade foi

observada experimentalmente [9]-[10] (a saber: o enantiômero S(-) mostrou-se

ativo enquanto que o R(+) inativo).

A alta reatividade desses complexos, Sdmpa e Rdmpa em ambiente

aquoso, que pode existir em várias etapas do mecanismo de ação biológica,

nos levou a estudar o processo de hidrólise desses complexos como sendo um

possível processo de diferenciação entre os enantiômeros que resultaria na

enantioseletividade observada. Sendo assim, para estudar o processo de

hidrólise nas moléculas de interesse dividimos nossos cálculos em duas

etapas: a primeira, onde realizamos cálculos quânticos dos enantiômeros,

utilizando o programa GAUSSIAN [75] e a segunda, onde realizamos

simulações computacionais dos enantiômeros embebidos em água nas

condições normais de temperatura e pressão utilizando o programa DICE [76]

Nas próximas seções, descreveremos os procedimentos utilizados para

ambas as etapas sem entrar em detalhes na descrição dos métodos teóricos

uma vez que existem excelentes livros texto abordando esse tema [50]-[77]-

[78]-[79]-[80]

33

3.2 Sistemas Estudados

Os complexos Sdmpa e Rdmpa são as moléculas de interesse neste

trabalho. Entretanto, devido à complexidade e tamanho dessas moléculas

optamos em simplificá-las, transformando as moléculas aqui estudadas em

sistemas modelos. Duas simplificações foram realizadas. A primeira foi de

retirar o contraíon, Cl-, do sistema e estudar apenas os enantiômeros em sua

forma iônica [Pd(C2, N-dmpa)(dppe)]+. Essa simplificação é bem justificada

considerando que em meio aquoso, onde o processo de hidrólise ocorre, a

interação entre a molécula iônica e o contraíon é enfraquecida devido a forte

interação de ambos com a água. A segunda simplificação é na própria

molécula, onde substituímos os 4 anéis aromáticos do grupo dppe

(representados por Ph na Figura 1-3) por átomos de hidrogênio. Para justificar

essa simplificação fizemos um estudo comparativo das moléculas Sdmpa e

Rdmpa em sua forma iônica (previamente estudada por Iadoccico [72]) e das

formas iônicas substituídas com H (moléculas apresentadas na Figura 3-1 e

denominadas de R (IR) e S (IS)).

Figura 3-1: Representação esquemática das moléculas modelo, na forma iônica, que foram estudadas neste trabalho.

Para estudar as possíveis rotas de hidrólise das moléculas IR e IS,

investigamos a quebra das 4 ligações do átomo de Pd (Pd-X), onde X pode ser

os átomos de N, P e C, através de duas possibilidades:

O próton (H+) da água se ligando com o Pd e a hidroxila (OH-) se ligando

ao outro átomo X da ligação quebrada.

A hidroxila da água se ligando com o Pd e o próton se ligando com X.

Pd

NH

CH3 CH

3

CH3

P

P

+

*

Pd

NCH3

HCH

3

CH3

P

P

+

*

34

Desta forma, geramos e estudamos 8 compostos hidrolisados para cada

enantiômero. Totalizando 16 compostos a partir dos enantiômeros IR e IS. Na

Figura 3-2 apresentamos esses compostos e a nomenclatura que foi utilizada

nesta dissertação.

3.3 Cálculos Quânticos

3.3.1 Estudos das Moléculas Isoladas

As propriedades estruturais e eletrônicas dos enantiômeros IS e IR foram

estudadas através de cálculos quânticos. Inicialmente realizamos a otimização

de geometria de ambas as moléculas. O procedimento de otimização de

geometria busca localizar o mínimo de energia potencial de uma superfície, ou

seja, busca predizer as posições atômicas que geram a estrutura molecular de

equilíbrio. Para gerar as geometrias, inicialmente utilizamos valores

característicos para as distâncias de ligação, ângulos de ligação e ângulos de

torção. A primeira geometria a ser gerada foi IR, composta por 38 átomos (12

carbonos, 22 hidrogênios, 1 nitrogênio, 2 fósforos e 1 paládio = C12H22NP2Pd),

148 elétrons de valência, 39 distâncias de ligação, 72 ângulos de ligação e 109

ângulos de torção. Utilizamos o método HF [52] com função base 6-31G [81]

para todos os átomos, com exceção do paládio, para o qual utilizamos o

pseudopotencial LANL2DZ [74].

Partimos da geometria de equilíbrio do IR para gerar a geometria do IS,

onde invertemos os grupos CH3 e H do carbono quiral. Dessa forma, ao final do

processo de otimização, determinamos as geometrias de equilíbrio para os

enantiômeros IS e IR estudados. As geometrias de equilíbrio dos enantiômeros

IS e IR estão apresentadas na Figura 3-3.

O método HF utiliza o conceito de campo médio, ou seja, baseia-se na

equação de Schrödinger [82] para um elétron movendo-se simultaneamente no

campo criado pelos núcleos e no campo criado por todos os outros elétrons.

35

Figura 3-2: Representação esquemática das rotas de hidrólise que foram estudadas neste trabalho. O composto (a) foi chamado de IIR(PdH) e IIS(PdH), dependendo da quiralidade; (b) IIIR(PdOH) e IIIS(PdOH); (c) IVR(PdH) e IVS(PdH); (d) VR(PdOH) e VS(PdOH); (e) VIR(PdH) e VIS(PdH); (f) VIIR(PdOH) e VIIS(PdOH); (g) VIIIR(PdH) e VIIIS(PdH); (h) IXR(PdOH) e IXS(PdOH).

(a)

(b)

(d)

(c)

(e)

(f)

(g)

(h)

36

É bem estabelecido que o método HF, ao considerar a interação entre as

partículas através de campo médio, negligência a correlação eletrônica

existente em um sistema de muitos corpos, introduzindo um erro da ordem de 1

a 2 por cento na energia interna total obtida. Essa diferença é conhecida como

energia de correlação. Alguns trabalhos na literatura se dedicam a discutir, os

desvios médios de ângulos de ligação e ângulos de torção, obtidos através de

cálculos de otimização de geometria utilizando métodos de cálculo HF e

comparando com os valores experimentais [83],[84]. Esses trabalhos mostram

que o método HF é bom para determinação das geometrias de equilíbrio.

Figura 3-3: Geometrias otimizadas para os enantiômeros: (a) IR (b) IS. As circunferências indicam o centro quiral.

A partir da estrutura molecular de equilíbrio, obtida pelos cálculos de

otimização de geometria, realizamos cálculos quânticos das freqüências

vibracionais harmônicas. Essas freqüências vibracionais foram utilizadas para a

obtenção da energia vibracional do ponto zero e assim, determinamos à

energia interna molecular dos enantiômeros IS e IR.

Após gerarmos as geometrias de equilíbrio dos enantiômeros e

analisarmos as suas respectivas energias internas, determinamos o momento

de dipolo e as cargas atômicas para descrever o potencial eletrostático.

Foram desenvolvidos inúmeros métodos que descrevem a distribuição

eletrônica molecular em termos de cargas atômicas [85], dentre os quais a

análise populacional de Muliken, as cargas CHELPG (Charges from eletrostatic

Potential Grid Based), o modelo dipolar GAPT (Generalized Atomic Polar

Tensor) e a partição molecular AIM (Atoms in Molecules). Embora esses

(a) (b)

37

métodos sejam baseados em aproximações distintas, suas aplicações os

tornaram vastamente difundidos [86],[87],[88], conforme pode ser observado

em revisão detalhada apresentada por Guadagninie Bruns [89].

Neste trabalho, escolhemos o método CHELPG, para determinarmos as

cargas atômicas dos enantiômeros IS e IR. O método CHELPG proposto por

Breneman e Wiberg [90], é um método de obtenção de cargas pontuais que

serve para representar adequadamente o potencial eletrostático Coulombico.

As cargas derivadas do potencial incluem: (i) a determinação de uma função de

onda apropriada; (ii) a determinação do potencial eletrostático em vários pontos

em torno da molécula e; (iii) a determinação das cargas, em posições

predefinidas, por meio de um ajuste de mínimos quadrados dos potenciais

eletrostáticos, calculados classicamente, e valores os potencias calculados

quanticamente [91].

Dessa forma, utilizando a geometria otimizada, realizamos cálculos

quânticos para a determinação do momento de dipolo e das cargas atômicas

para os enantiômeros IS e IR. Esses cálculos quânticos para a determinação

das cargas foram realizados com o mesmo método e funções bases utilizadas

na otimização de geometria.

3.3.2 Estudos da Entalpia da Reação de Hidrólise

Utilizando a estrutura molecular dos enantiômeros obtida anteriormente,

iniciamos os cálculos quânticos para a determinação da variação de entalpia da

reação de hidrólise. A entalpia de hidrólise é o nome dado à variação de

entalpia associado à quebra de uma molécula na presença de água.

Primeiramente, de forma análoga aos cálculos quânticos realizados

anteriormente, estudamos a estrutura eletrônica e geométrica da molécula de

água. Os cálculos quânticos para a otimização de geometria foi no nível HF

com base 6-31G para todos os átomos e essa geometria foi utilizada para

determinar o valor da energia interna da molécula de água.

Em seguida, investigamos as 8 rotas de hidrólise mostradas na Figura 3-

2 para cada enantiômero. Para gerar as geometrias dos 16 complexos

hidrolisados, partimos da geometria otimizada dos enantiômeros IS e IR, onde

38

rompemos uma das ligações do paládio e completamos os átomos

desemparelhados com os íons OH e H provenientes da molécula de água.

Em seguida, realizamos cálculos quânticos para a otimização de geometria

desses complexos hidrolisados. Os cálculos quânticos foram realizados com o

mesmo nível de cálculos e funções bases utilizadas na otimização de geometria

dos enantiômeros IS e IR

Após gerarmos as geometrias de equilíbrio dos complexos hidrolisados,

realizamos cálculos quânticos para obtermos as energias internas. Para isto,

escolhemos o método HF[52], já descrito anteriormente. A partir dessas

energias será obtida a variação da entalpia na reação de hidrólise )(gásH .

Desta forma, é importante analisar se o cálculo da energia pode ser melhorado

para essas geometrias otimizadas.

Com esse objetivo realizamos cálculos quânticos das energias para uma

das possíveis rotas de hidrólise, utilizando DFT [49],[50],[51] com o potencial

híbrido de troca-correlação B3LYP [62], com as seguintes funções bases: 6-

31G, 6-31+G, 6-31G(d), 6-31+G(d), 6-31+G(2d), cc-pvDZ e cc-pvTZ . Assim, foi

possível compararmos os resultados das energias que serão apresentados no

próximo capítulo.

O DFT considera o sistema eletrônico como um todo, e toda a

informação sobre o sistema é então transferida da função de onda para a

densidade eletrônica. A grande vantagem do DFT, é a implementação

computacional eficiente da correlação eletrônica, que possibilita uma boa

descrição de sistemas complexos.

A variação da entalpia de hidrólise é calculada pela diferença entre a

entalpia do estado final e do estado inicial como mostra as equações 1 e 2:

I + W IW (1)

onde, I é o enantiômero, W representa a molécula de água. A interação dessas

duas moléculas, gera o complexo hidrolisado simbolizado por IW. Dessa forma

temos que:

Estado Inicial

Estado Final

39

)gás(inicial)gás(final)gás( HHH (2)

onde, )(gásH é a variação da entalpia de hidrólise das moléculas em fase

gasosa e é obtida pela diferença entre a entalpia do complexo hidrolisada

simbolizado por )(gásHfinal , menos a )(gásHinicial que representa a soma das

entalpias do enantiômero e da água. Dessa forma podemos reescrever os

termos da equação 2 na forma simplificada (equação 3):

)HH(HH WIIW)gás( (3)

Segundos os Princípios da Termodinâmica [92], a entalpia pode ser

definida pela equação 4:

pVKEH (4)

onde H é a entalpia do sistema , E é a energia interna do sistema, K é a energia

cinética (3kT por molécula) e pV é o produto entre a pressão e o volume do

sistema. Dessa forma podemos substituir a Equação 4 em 3:

WWIIIWIW)gás( pVkT3EpVkT3EpVkT3EH (5)

Como as moléculas isoladas têm o comportamento de gás ideal, então

suas propriedades podem ser descritas pela equação 6:

nkTpV (6)

onde pV é o produto entre a pressão e o volume do sistema, n é o número de

moléculas do sistema, k é a constante de Boltzmann e T é a temperatura do

sistema.

Como estamos estudando as moléculas de forma isolada, então n=1,

dessa forma podemos reescrever a equação 6:

40

kTpV (7)

Assim, escrevemos a equação para calcularmos a variação da entalpia

de hidrólise, a partir da substituição da Equação 7 em 5:

kT4EEEH WIIW)gás( (8)

onde )(gásH é a variação da entalpia de hidrólise das moléculas em fase

gasosa e é obtida pela diferença da energia interna do complexo hidrolisado

IWE , da energia interna resultante do enantiômero e da água ( WI EE ) e pela

energia térmica que é o produto da constante de Boltzmann e da temperatura

do sistema 4kT, onde 3 é devido a parte cinética e 1 devido a diferença de

volume.

3.4 Simulação Computacional

3.4.1 Estudos das Moléculas em Meio Solvente

Após termos estudado a variação da entalpia de hidrólise em fase

gasosa. Estudamos a influência do meio aquoso nesse processo. Para isso

realizamos simulações computacionais com método Monte Carlo (MC) [93]-

[94]. O método MC é estocástico e usa uma distribuição no equilíbrio para

gerar configurações de sistemas moleculares que são acessíveis em um

determinado ensemble.

Neste trabalho, optamos em usar o método MC por ser

computacionalmente mais rápido que o método de Dinâmica Molécular (DM)

[93]-[94] e por não estudarmos nenhuma propriedade que necessite da

evolução temporal. O interesse é calcular a variação de entalpia de hidrólise em

solução aquosa, )sol(H .

Realizamos simulações computacionais dos enantiômeros IS e IR e dos

complexos hidrolisados em solução aquosa para analisarmos o efeito do

solvente nas rotas de hidrólise.

41

IW I W

A Figura 3-4 ilustra o processo reativo de hidrólise que foi estudado nas

simulações. O estado inicial do processo é representado pelo enantiômero

solvatado em 800 moléculas de água, adicionado a uma molécula de água

solvatada em 450 e o estado final é representado pelo enantiômero hidrolisado

solvatado em 1250 moléculas de água.

Figura 3-4: Ilustração do processo reativo de hidrólise utilizado no cálculo da variação de entalpia de hidrólise em solução através de simulações computacionais.

Nas simulações computacionais foi utilizado o método MC com

amostragem de Metropolis. O método Monte Carlo Metropolis [93],[96] pode

ser descrito como um método que utiliza seqüências de números aleatórios

para gerar configurações do sistema molecular e aceitá-las com uma

probabilidade mínimo [1, exp (E/kT)], de tal forma a satisfazer à distribuição

de equilíbrio de Boltzmann [97],[98].

As simulações realizadas neste trabalho partem de uma configuração

aleatória, onde a energia inicial é sempre maior que a energia de equilíbrio. Por

essa razão, a evolução dessas simulações, pode ser dividida em dois estágios:

o primeiro é um estágio conhecido como termalização, no qual a energia inicial

vai decrescendo até alcançar o valor de equilíbrio. O segundo estágio,

conhecido como equilíbrio, é iniciado a partir da última configuração gerada

pela termalização, e é responsável por gerar as configurações que são

consideradas nos cálculos das propriedades estruturais e termodinâmicos do

sistema.

As propriedades termodinâmicas de um sistema são definidas a partir de

médias e flutuações da energia gerada durante as simulações e de outras

grandezas que definem a condição termodinâmica do sistema, o conjunto

dessas grandezas recebe o nome de ensemble. Apesar das simulações

levarem mais tempo, a utilização do ensemble NPT se torna mais adequado

quando for estudado a solvatação de moléculas grandes que podem alterar a

+

1250 H2O 800 H2O 450 H2O

42

densidade do sistema. Dessa forma, optamos por utilizar o ensemble NPT em

nossas simulações.

Cada simulação foi gerada a uma temperatura de 36ºC (temperatura do

corpo humano). Em todas as simulações realizadas, as moléculas são rígidas,

ou seja, elas podem transladar e rotacionar, porém não podem vibrar nem

deformar, pois não possuem graus de liberdade interno.

Foi feito essa escolha por falta de parâmetros na literatura para

descrever os movimentos de vibração, ângulos de ligação e parâmetros de

deformação dos ângulos de torção do átomo de paládio. Esses parâmetros

desempenham um importante papel nas rotas de hidrólise estudadas, uma vez

que suas ligações são rompidas. Adicionalmente a isto, acredita-se que essa

restrição não será importante em nosso estudo uma vez que as geometrias dos

enantiômeros são bastante rígidas não apresentando muita possibilidade de

deformação (ver Figura 3-1) e as geometrias dos enantiômeros hidrolisados

(ver ilustração na Figura 3-2) que são flexíveis, nós estudamos a possibilidade

da existência de mais de uma conformação, a saber, conformação aberta e

fechada (ver detalhes no próximo capítulo). As geometrias rígidas utilizadas nas

simulações são as obtidas das otimizações de geometria no caso dos solutos:

enantiômeros e complexos hidrolisados, e no caso do solvente: água,

utilizamos a geometria do modelo SPC [99].

Geramos a configuração inicial da simulação aleatoriamente. A molécula

do soluto é posicionada na origem da caixa, enquanto que as moléculas de

solvente são posicionadas aleatoriamente com orientações também aleatórias.

Utilizamos o potencial de interação entre as moléculas do tipo Lennard-

Jones + Coulomb, como mostra a Equação 9. Os parâmetros e para as

moléculas de soluto que utilizamos neste trabalho, foram obtidos do campo de

força OPLS [73], [100], [101] para todos os átomos com exceção do paládio.

Os parâmetros utilizados para o paládio foram desenvolvidos por LIENKE e

colaboradores [74] e possui os seguintes valores: 0.2 Ǻ e 1.7 kcal/mol

[74]. As cargas parciais utilizadas nas simulações foram extraídas do ajuste do

potencial eletrostático calculado no nível HF/6-31G [52], [82] utilizando a

técnica CHELPG [90].

43

ijr

jqiq

ijr

ijσ

ijr

ijσ

ijε4)ijU(r

612

(9)

Para o solvente (água) utilizamos o potencial de interação do modelo

SPC [99].

Todas as simulações realizadas nesse trabalho, utilizaram o método

Monte Carlo Metropolis e o potencial de interação do tipo Lennard-Jones +

Coulomb, implementados no programa DICE [77].

3.4.2 Estudos da Entalpia da Reação de Hidrólise em Meio Solvente

Através do processo reativo de hidrólise representado pela Figura 3-4,

calcula-se a variação da entalpia de hidrólise através da equação 10:

)sol(

inicial

)sol(

final)sol( HHH (10)

onde )sol(H é a variação da entalpia de hidrólise das moléculas em solução

aquosa. Dessa forma, podemos reescrever os termos da equação 10 na forma:

)HH(HH)sol(

W

)sol(

I

)sol(

IW)sol( (11)

onde,

)X()X(

WWWXXWX)sol(X pVUUKEH (12)

sendo Ex a energia interna molecular do soluto X, KXW a energia cinética (3kt

por molécula) total do sistema, WXU a energia de interação soluto-solvente e

)X(

WWU a energia de interação solvente-solvente na presença do soluto. Então

substituindo a equação 12 em 11, temos:

)W()W(

WWWWW

)I()I(

WWWII

)IW()IW(

WWWIWIW)sol(

pVUUkT3451E

pVUUkT3801(E

pVUU)kT31251(EH

(13)

Desta forma reorganizamos os termos:

44

kTVVVpUUU

)UU(UkT4EEEH

)W()I()IW()w(

WW

)I(

WW

)IW(

WW

WWWIWIWWIIW)sol(

(14)

e reescrevemos na forma simplificada:

kTVpUUHH WWWI)gás()sol( (15)

onde )gás(H é a variação da entalpia de hidrólise das moléculas em fase

gasosa, WIU é a variação da energia potencial de interação soluto-solvente,

WWU é a variação da energia potencial de interação solvente-solvente,

também conhecida como energia potencial de relaxação do solvente, Vp é a

variação do volume multiplicado pela pressão e kT é a diferença da variação da

energia cinética, isto porque o sistema final tem uma molécula a menos que o

sistema inicial.

Desta última equação, o 1º termo à direita, )gás(H , já foi calculado nos

cálculos quânticos descritos na seção 3.3.2. O 2º termo, WIU , é facilmente

calculado das simulações computacionais e apresentam uma rápida

convergência. Em geral, esse valor está convergido a partir de 3x104 ciclos MC,

no equilíbrio. Cada ciclo MC é definido quando todas as moléculas do sistema

sofrem a tentativa de um movimento aleatório. O 3º termo, WWU é uma

quantidade bastante difícil de ser calculada [102],[103],[104],[105], pois esse

termo é a diferença da energia de interação das 1250 moléculas de água na

presença do soluto hidrolisado, )IW(

WWU , do estado final, com a soma das

energias de interação das 800 e 450 moléculas de água na presença do soluto,

)I(WWU , e da água,

)W(WWU , respectivamente, do estado inicial. Pode-se

perceber claramente que esses três termos, )IW(

WWU , )I(

WWU , )W(

WWU são

números bastante grandes (da ordem de 103 – 104 kcal/mol) e apresentam

flutuações também grandes (da ordem 102 kcal/mol).

Dessa forma, o cálculo da relaxação do solvente, devido à hidrólise do

soluto apresenta uma convergência bastante lenta e é necessária uma grande

quantidade de ciclos MC para garantir sua convergência. Em geral, a partir de

106 ciclos MC atinge-se a convergência [104]-[105].

45

Devido a essa dificuldade de calcular esse termo com precisão, é

comum desprezá-lo e assumir que a relaxação do solvente não desempenha

um papel importante no cálculo da variação de entalpia num processo reativo

em solução.

Entretanto, essa suposição pode estar errada. Para analisar a relevância

desse termo, escolhemos uma das possíveis rotas de hidrólise e calculamos de

forma bastante criteriosa esse termo, garantindo sua convergência. Essa

análise está apresentada no próximo capítulo.

O 4º termo da equação 15, Vp , para sistemas líquidos, é calculado

facilmente durante as simulações e, em geral, para soluções aquosas

apresenta valor da ordem de 10-2 kcal/mol. Como esse valor é inferior à

precisão numérica que temos para o cálculo do )sol(H , esse termo pode ser

desprezado sem nenhuma perda de informação do sistema.

O último termo da equação 15, kT, é constante e igual a 0,6 kcal/mol.

46

4 – RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 Enantiômero Isolado

O estudo das propriedades estruturais e eletrônicas dos enantiômeros

(IS e IR) do complexo N,N-dimetil-1-fenetilamina (mostrados na Figura 1-3) já

foi previamente realizado por Iadoccico [72] através de cálculos quânticos.

Nessa fase as moléculas foram consideradas isoladamente. Nesse estudo o

nível de cálculo utilizado foi HF [52] com base 6-31G [82] para todos os

átomos, com exceção do paládio para o qual foi utilizado o pseudopotencial

LANL2DZ [74]. No total foram 457 funções bases.

As conclusões da autora, após ter feito uma análise sistemática de todas

as distâncias e ângulos de ligação e ângulos de torção, foram que as

diferenças encontradas na geometria da forma iônica dos enantiômeros são

apenas pequenas mudanças conformacionais. As maiores diferenças entre os

enantiômeros foram observadas nas orientações relativas dos grupos fenil e no

anel formado pelo paládio e os átomos de fósforo. Essas mudanças são da

ordem de 17º e não geram diferenças significativas na energia (0,04 kcal/mol).

Com relação à distribuição eletrônica a diferença, no momento de dipolo, obtida

pela autora, foi de 0,03D, o que também não representa uma mudança

significativa.

Considerando que os cálculos de otimização de geometria levaram muito

tempo de processamento (mais de 15 dias), optamos neste trabalho por

simplificar as moléculas estudadas e substituir esses anéis aromáticos por

átomos de hidrogênio como mostra a Figura 4-1.

Fazendo uma análise sistemática da geometria dos enantiômeros IR e

IS, observamos que em ambas as moléculas, o paládio prefere a conformação

quadrado planar. Essa conformação também já foi encontrada em outros

complexos contendo paládio [106]. A diferença de energia encontrada entre as

duas geometrias é de 1kcal/mol, tendo o enantiômero IR energia mais baixa.

Com relação à distribuição eletrônica, temos que o momento de dipolo do

47

N20

Pd11

P19

P12

C6

(a)

enantiômero IR é de 6,4 D e do IS é de 6,4 D, o que também não representa

mudança.

Figura 4-1: Geometria otimizada e definição da numeração dos átomos dos enantiômeros: (a) IR e (b) IS.

Na Tabela 4-1 apresentamos as distâncias de ligação que envolvem o

átomo de paládio dos enantiômeros IR e IS. Ainda nesta tabela, apresentamos

os valores das distâncias de ligação envolvendo o átomo de paládio, obtidos no

trabalho de Iadoccico [72], que utiliza as moléculas em substituição dos grupos

fenis por H, como é o nosso caso.

Comparando todas as distâncias, ângulos de ligação e ângulos de torção

pode-se concluir que obtivemos os mesmos resultados que Iadoccico [72], ou

seja, não existem diferenças significativas entre os enantiômeros IR e IS e nem

entre as moléculas com ou sem os anéis.

Tabela 4-1: Valores das distâncias de ligações (em Angstron) que envolvem o átomo de paládio.

Ligações IR(Å) Rdmpa (Å)

[72] IS(Å)

Sdmpa(Å) [72]

R(C6,Pd11) 2.020 2.032 2.010 2.027

R(Pd11,P12) 2.462 2.470 2.466 2.458

R(Pd11,P19)

R(Pd11,N20)

2.660

2.171

2.625

2.202

2.670

2.173

2.659

2.196

(b)

48

4.2 Reações de Hidrólise

Várias reações podem ser interpretadas fazendo a análise dos orbitais

de fronteira, isto é, o orbital molecular ocupado de maior energia, habitualmente

designado pela sigla HOMO, de “highest occupied molecular orbital” e o orbital

molecular virtual de menor energia, habitualmente designado pela sigla LUMO,

de “lowest unnoccupied molecular orbital”. A importância desta análise foi,

sobretudo salientada por Fukui [107].

Em reações que uma molécula atua como doador de elétrons, é

importante o HOMO dessa molécula, enquanto que, para moléculas as quais

atuam como aceitadores de elétrons é o LUMO que, sobretudo importa

considerar. Como a molécula em estudo é carregada positivamente, ela atua

com um aceitador de elétrons, logo o orbital de interesse para esse sistema é o

LUMO. Na Figura 4-2 ilustra a função de onda que descreve o LUMO das

moléculas IR e IS obtidos após a otimização de geometria de cada uma com o

método de cálculo HF/6-31G.

Figura 4-2: Orbitais LUMO dos enantiômeros: (a) IR (b) IS

Analisando a Figura 4-2 (a) e (b), observamos que o LUMO sobrepõe o

elemento paládio, isto significa que em uma possível captação de elétrons,

ocorrerá um aumento da população eletrônica do LUMO, conseqüentemente

ocorrerá uma ruptura na ligação envolvendo o átomo de paládio originando

uma nova estrutura.

Portanto, através de uma análise dos orbitais moleculares, confirmamos

que as ligações susceptíveis a uma possível quebra são as quatro do paládio,

Em reações que uma molécula atua como doador de elétrons é

especialmente importante o HOMO dessa molécula, enquanto para moléculas que atuam como

aceitadores de elétrons é o LUMO que, sobretudo importa

considerar. Como a nossa molécula de estudo é carregada positivamente ela atua com um

aceitador de elétrons, logo o nosso orbital de interesse é o LUMO, ilustrada na Figura 14

(a) (b)

49

ou seja, os átomos de fósforo (P12 e P19); o átomo de carbono (C6) e o átomo

de nitrogênio (N20).

Como não há indícios fortes quanto à ligação que será quebrada em

uma reação de hidrólise, decidimos estudar a quebra das quatro ligações do

paládio.

Desta forma, estudamos a quebra das 4 ligações do Pd (ver Figura 3-2),

otimizamos os 16 compostos hidrolisados e calculamos as energias para

obtermos as variações de entalpia de hidrólise das moléculas em fase gasosa

)gás(H .

Como a boa descrição teórica de um dado sistema molecular está

intimamente relacionada à escolha adequada dos métodos e das funções

bases, analisamos de uma forma comparativa a precisão e o custo

computacional dos métodos ab initio (HF) e o funcional de densidade híbrido

com o potencial de troca-correlação B3LYP, com as seguintes funções bases:

6-31G, 6-31+G, 6-31G(d), 6-31+G(d), 6-31+G(2d), cc-pvDZ e cc-pvTZ para

todos os átomos com exceção do paládio que usa o pseudopotencial

LANL2DZ, com o objetivo de melhorarmos o cálculo da energia das

geometrias otimizados dos complexos hidrolisados.

O sistema escolhido para desenvolver essa análise, foi à rota de

hidrólise que envolve a quebra da ligação dos átomos Pd–N(20) do enantiômero

IS. Calculamos a geometria otimizada do sistema (Figura 4-3) e em seguida,

calculamos a variação da entalpia de hidrólise da molécula em fase gasosa,

)gás(H , empregando os métodos HF e o DFT, através da Equação 8, para o

complexo hidrolisado.

Na Tabela 4-2 estão descritos os valores das entalpias de hidrólise.

Esses resultados permitem fazer uma análise do efeito do método e do

conjunto de funções base utilizado nos cálculos da energia.

Os valores da variação da entalpia de hidrólise obtidos com a base 6-

31G diminuem em aproximadamente 83% quando modificamos o nível de

cálculo de HF para B3LYP. Isto evidência o efeito da inclusão da correlação

eletrônica.

50

Figura 4-3: Geometria da molécula (VIIS(PdOH)) formada na quebra da ligação Pd-N(20) do enantiômero IS, seguindo a rota (f) da Figura 3-2.

Tabela 4-2: Comparação de métodos/função base para cálculo da variação da entalpia de

hidrólise em fase gasosa (em kcal/mol). Os cálculos foram executados em um Pentium IV com

2Gb de memória RAM.

Método E(IW) E(I) E(W) H CPU Funções

base SW

B3LYP/cc-pvTZ -1411.238 -1334.799 -76.459 10.79 10h59 min 846

B3LYP/6-31+G(2d) -1410.951 -1334.548 -76.428 13.62 2h18min 446

B3LYP/cc-pvDZ -1411.002 -1334.595 -76.418 11.61 1h00 374

B3LYP/6-31+G(d) -1410.945 -1334.544 -76.421 10.92 1h15min 366

B3LYP/6-31G(d) -1410.922 -1334.530 -76.407 7.22 25min 302

B3LYP/6-31+G -1410.750 -1334.359 -76.400 3.82 42min 286

B3LYP/6-31G -1410.727 -1334.345 -76.385 -0.07 12min 222

HF/6-31G -1404.462 -1328.491 -75.985 8.03 10min 222

+

51

Comparando os valores da variação da entalpia de hidrólise obtida pela

base cc-pvTZ e 6-31+G(d), observa-se que a energia obtida pela função base

6-31+G(d) é aproximadamente 1% maior do que o valor obtido pela base cc-

pvTZ. Apesar da base cc-pvTZ ser a mais completa neste nível de cálculo, o

tempo de processamento foi extremamente elevado (10h59 min). Nesse caso,

o aumento do tempo de processamento, em relação à função base 6-31+G(d)

(1h15min), não compensou o ganho no valor da energia (Figura 4-4). Sendo

assim, concluímos que o cálculo da energia pode ser bem descrito utilizando o

método de cálculo B3LYP/6-31+G(d). Na seção 4.3 apresentaremos os

resultados obtidos com HF/6-31G e na seção seguinte 4.4 esses valores serão

comparados com os obtidos com B3LYP/6-31+G(d).

Figura 4-4: Valores descritos na Tabela 4-1 da variação da entalpia de hidrólise do enantiômero IS na rota (f) da Figura 3-2. Círculo aberto é o valor da entalpia obtido pelo método HF e os círculos fechados são valores obtidos pelo método B3LYP.

4.3 Análise das Rotas de Hidrólise em Fase Gasosa

4.3.1 Quebra da Ligação Pd-P(19)

Considerando o procedimento descrito na Seção 3.3.2, estudamos o

processo de hidrólise envolvendo primeiramente a quebra da ligação Pd-P(19)

52

dos enantiômeros IR e IS, rotas (a) e (b) da Figura 3-2, resultando nos

complexos: II(PdH) e III(PdOH), respectivamente.

Os complexos II(PdH) foram obtidos em duas conformações: uma que

chamamos de fechada e que forma uma ligação de hidrogênio intramolecular

entre o hidrogênio ligado ao paládio e a hidroxila ligada ao P(19); e outra que

chamamos de aberta onde não há essa ligação. Essas conformações estão

ilustradas na Figura 4-5 e na Figura 4-6. É importante salientar que para os

complexos III (PdOH) não encontramos nenhuma forma aberta. Os valores

calculados da variação da entalpia de hidrólise de cada complexo estão

apresentados na Tabela 4-3.

Figura 4-5: Geometrias das moléculas formadas na quebra da ligação Pd-P(19) do enantiômero IR. Em destaque estão as localizações da hidroxila depois do processo de hidrólise.

IR

IIR(PdH)aberto

IIIR(PdOH)

IIR(PdH)fechado

+

IR IR

53

Tabela 4-3: Valores calculados para variação da entalpia de hidrólise (HF/6-31G), em fase gasosa dos complexos hidrolisados obtidos na quebra da ligação Pd – P(19). Rotas (a) e (b) da Figura 3-2.

Composto Hgás

(kcal/mol) Composto

Hgás

(kcal/mol)

H (IS-IR)

(kcal/mol)

IIR(PdH)aberto 82.0 IIS(PdH)aberto 82.3 0.3

IIR(PdHfechado 65.0 IIS(PdH)fechado 65.2 0.2

IIIR(PdOH) 31.6 IIIS(PdOH) 31.3 -0.3

Figura 4-6: Geometrias das moléculas formadas na quebra da ligação Pd-P(19) do enantiômero IS. Em destaque estão as possíveis localizações da hidroxila depois do processo de hidrólise.

Comparando as variações da entalpia do processo, observamos que, os

complexos IIIR(PdOH) e IIIS(PdOH) são os que necessitam de menos calor

para a quebra da ligação Pd – P(19), uma vez que o grupo hidroxila que está

ligado ao paládio consegue interagir com dois átomos de hidrogênio que estão

ligados ao fósforo formando duas ligações de hidrogênio. Essa interação

+

IS

IIS(PdH)fechado

IIS(PdH)aberto

IIIS(PdOH)

54

intramolecular faz diminuir significativamente (em torno de 60%) a variação da

entalpia de hidrólise dessas moléculas.

Analisando a Tabela 4-3, observamos que as diferenças das entalpias de

hidrólise encontrada para os complexos são inferiores à energia térmica (0.6

kcal/mol), portanto para essa quebra de ligação não foram encontradas

diferenças com relação quiralidade da molécula. Ainda observando a Tabela 4-

3, concluímos que essas rotas de hidrólise são endotérmicas.

4.3.2 Quebra da Ligação Pd-P(12)

Outra ligação que também está sujeita a sofrer um processo de hidrólise,

é a ligação Pd-P(12). De forma análoga ao processo descrito anteriormente,

estudamos também a quebra dessa ligação em fase gasosa, seguindo as rotas

(c) e (d) da Figura 3-2 e resultando nos complexos IV(PdH) e V(PdOH). Esses

complexos estão ilustrados nas Figuras 4-7 e 4-8. Na Tabela 4-4 apresentamos

os valores da variação da entalpia de hidrólise.

Comparando as moléculas obtidas na quebra envolvendo os dois átomos

de fósforo, observamos que esses complexos hidrolizados são muito

semelhantes. Porém quando comparamos a variação da entalpia de hidrólise

notamos que, os complexos IV (PdH) necessitam de menos calor que os

complexos II(PdH) em torno de 6 kcal/mol. É interessante ressaltar também que

os complexos que necessitam de menos calor são os complexos V(PdOH)

devido às interações intramoleculares. Como já comentado anteriormente, para

os complexos III (PdOH) e que para os complexos V(PdOH) não encontramos

nenhuma forma aberta.

Analisando a Tabela 4-4, observamos que as diferenças das variações

da entalpia de hidrólise encontradas para os enantiômeros hidrolisados são

inferiores à energia térmica, portanto, para essa quebra de ligação não foram

encontradas diferenças com relação quiralidade da molécula. Ainda

observando a Tabela 4-4, concluímos que essas rotas de hidrólise são

endotérmicas.

55

Figura 4-7: Geometrias das moléculas formadas na quebra da ligação Pd-P(12) do enantiômero IR. Em destaque estão as possíveis localizações da hidroxila depois do processo de hidrólise.

Tabela 4-4: Valores calculados para a variação de entalpia de hidrólise (HF/6-31G), em fase gasosa dos complexos hidrolisados obtidos na quebra da ligação Pd – P(12). Rotas (c) e (d) da Figura 3-2.

Composto Hgás

(kcal/mol) Composto

Hgás

(kcal/mol)

H (IS-IR)

(kcal/mol)

IVR(PdH)aberto 76.6 IV(PdH)Saberto 76.6 0.0

IVR(PdH)fechado 59.1 IVS(PdH)fechado 59.2 0.1

VR(PdOH) 31.4 VS(PdOH) 31.2 -0.2

+

IR

IVR (PdH) aberto

IVR(PdH) fechado

VR(PdOH)

56

Figura 4-8: Geometrias das moléculas formadas na quebra da ligação Pd-P(12) do enantiômero IS. Em destaque estão as possíveis localizações da hidroxila depois do processo de hidrólise.

4.3.3 Quebra da Ligação Pd-N(20)

A próxima rota de hidrólise a ser estudada foi à ligação envolvendo os

átomos Pd-N(20). De forma análoga calculamos a variação da entalpia de

hidrólise em fase gasosa e estudamos os complexos obtidos seguindo as rotas

(e) e (f) da Figura 3-2 e resultando nos complexos VI (PdH) e VII(PdOH). Esses

complexos estão ilustrados na Figura 4-9 e Figura 4-10 . Na Tabela 4-5

apresentamos as variações das entalpias de hidrólise calculadas.

IS

IVS (PdH) aberto

IVS(PdH)fechado

VS(PdOH)

+

IVS(PdH)fechado

57

Figura 4-9: Geometrias das moléculas formadas na quebra da ligação Pd-N(20) do enantiômero IR. Em destaque estão as possíveis localizações da hidroxila depois do processo de hidrólise.

Figura 4-10: Geometrias das moléculas formadas na quebra da ligação Pd-N(20) do enantiômero IS. Em destaque estão as possíveis localizações da hidroxila depois do processo de hidrólise.

+

IR

VIR(PdH)

VIIR(PdOH)

+

IS

VIIS(PdOH)

VIS(PdH)

58

Tabela 4-5: Valores calculados para a variação de entalpia de hidrólise (HF/6-31G), em fase gasosa dos complexos hidrolisados obtidos na quebra da ligação Pd –N(20). Rotas (e) e (f) da Figura 3-2.

Ao fazer a análise da quebra da ligação Pd-N(20), observamos que os

grupos ligados ao átomo N(20) possuem maior grau de flexibilidade ao sofrer o

processo de hidrólise, comparado com os átomos de fósforo. E essa

flexibilidade (observado no ângulo torcional C1-C29-N20-O39) é determinante na

obtenção da variação da entalpia de hidrólise, principalmente quando a

hidroxila se liga ao átomo de N(20) formando interações intramoleculares com o

próton da água que se ligou ao paládio como ilustra a Figura 4-11.

Ainda analisando a Figura 4-11 observamos que ao rotacionarmos os

grupos que estão ligados ao átomo N(20), observamos que a energia do

complexo diminui em torno de 5 kcal/mol devido às interações intramoleculares.

Figura 4-11: Geometrias das moléculas formadas na quebra da ligação Pd-N(20) do enantiômero IS. Em destaque estão as possíveis localizações da hidroxila depois da hidrólise. A molécula (a) possui uma variação da entalpia de hidrólise de 71.2 kcal/mol. A molécula (b) possui uma variação da entalpia de hidrólise de 66.2 kcal/mol.

É interessante salientar que, o complexo com mais baixa variação da

entalpia de hidrólise foi o VIIS(PdOH) no valor de 8.03 kcal/mol. O motivo

dessa baixa variação da entalpia de hidrólise é devido à formação de três

Composto Hgás

(kcal/mol) Composto

Hgás

(kcal/mol)

H (IS-IR)

(kcal/mol)

VIR(PdH) 75.8 VIS(PdH) 71.2 -4.6

VIIR(PdOH) 18.8 VIIS(PdOH) 8.03 -10.8

(b)

(a)

59

ligações de hidrogênio que se formam entre a hidroxila e os hidrogênios dos

grupos metil do átomo N(20).

De acordo com a Tabela 4-5, observamos que as diferenças da entalpia

(H(IS-IR)) encontradas para os enantiômeros hidrolisados são superiores à

energia térmica, portanto para essa quebra de ligação encontramos diferenças

com relação à quiralidade das moléculas. Ainda observando a Tabela 4-5,

concluímos que essas rotas de hidrólise são endotérmicas.

4.3.4 Quebra da Ligação Pd-C(6)

Para finalizarmos nossa análise na determinação das possíveis rotas de

hidrólise a serem estudadas, quebramos a ligação Pd-C(6). De forma análoga

às análises anteriores seguimos as rotas (g) e (h) da Figura 3-2 e geramos os

complexos VIII(PdH) e IX(PdOH). Esses complexos são ilustrados na Figura 4-

12 e a Figura 4-13. Na Tabela 4-6 apresentamos os valores da variação da

entalpia de hidrólise calculados.

Figura 4-12: Geometrias das moléculas formadas na quebra da ligação Pd-C(6) do enantiômero IR. Em destaque estão as possíveis localizações da hidroxila depois do processo de hidrólise.

+

IR

VIIIR(PdH)

IXR(PdOH)

60

Tabela 4-6: Valores calculados para a variação de entalpia de hidrólise (HF/6-31G), em fase gasosa dos complexos hidrolisados obtidos na quebra da ligação Pd – C(6). Rotas (g) e (f) da Figura 3-2.

Figura 4-13: Geometrias das moléculas formadas na quebra da ligação Pd-C(6) do enantiômero IS. Em destaque estão as possíveis localizações da hidroxila depois do processo de hidrólise.

Analisando a quebra da ligação Pd-C(6) observamos que o ciclo que

contém os átomos de fósforo ligados ao paládio, possui uma significativa

flexibilidade ao sofrer o processo de hidrólise. E essa flexibilidade (observadas

nos ângulos C6-C29-N20-Pd11; C25-N20-Pd11-O39 e C6-C1-C29-C31) também é

determinante na obtenção da variação da entalpia de hidrólise, principalmente

quando a hidroxila se liga ao paládio como ilustra a Figura 4-14.

Ainda analisando a Figura 4-14, observamos que ao rotacionarmos o

ciclo que contém os átomos de fósforo, observa-se que a energia do complexo

diminuiu em torno de 6.7 kcal/mol devido à mudança na localização da hidroxila

Composto Hinterna

(kcal/mol) Composto

Hinterna

(kcal/mol)

H (IS-IR)

(kcal/mol)

VIIIR(PdH) 5.33 VIIIS(PdH) 3.03 -2.3

IXR(PdOH) -4.17 IXS(PdOH) -7.47 -3.3

+

IS

VIIIS(PdH)

IXS(PdOH)

61

que interage através de ligações de hidrogênio com os átomos de hidrogênio

do grupo metil ligado ao carbono quiral.

Analisando a Tabela 4-6, observamos que as diferenças das variações

da entalpia de hidrólise (H (IS-IR)) encontradas para os complexos

hidrolisados, são superiores à energia térmica, portanto para essa quebra de

ligação encontramos diferenças com relação à quiralidade das moléculas.

Figura 4-14: Geometrias das moléculas formadas na quebra da ligação Pd-C(6) do enantiômero IR. Em destaque estão as possíveis localizações da hidroxila depois da hidrólise. A molécula (a) possui uma variação da entalpia de hidrólise de -0.77 kcal/mol. A molécula (b) possui uma variação da entalpia de hidrólise de -7.47 kcal/mol.

Ainda analisando a Tabela 4-6 e a Figura 4-14 podemos concluir que, a

estrutura que necessita de menos calor encontrado para essa rota de hidrólise

foi a IXS(PdOH), isto porque o próton da água que se ligou ao carbono do anel,

interage com o paládio através de ligações de hidrogênio. A variação da

entalpia de hidrólise encontrada para o complexo IXS(PdOH) é de -7.47

kcal/mol sendo, portanto uma quebra exotérmica.

4.3 Sumário e Discussões das Rotas de Hidrólise em

Fase Gasosa

A investigação completa dos complexos hidrolisados envolve uma

grande quantidade de cálculos quânticos; por isso organizamos todos os

valores da variação da entalpia de hidrólise de todas as rotas na Tabela 4-7. Na

(b) (a)

62

última coluna dessa tabela temos as diferenças da entalpia de hidrólise para os

enantiômeros IR e IS.

É importante destacar que encontramos valores positivos para a

variação da entalpia de hidrólise, ou seja, (hidrólise endotérmica) para as

ligações Pd-P(19); Pd-P(12) e Pd-N(20); e valores negativos para a variação da

entalpia de hidrólise (hidrólise exotérmica) apenas para a ligação Pd-C(6).

Fazendo uma análise dos valores da Tabela 4-7, observamos que as

diferenças da entalpia entre os enantiômeros hidrolisados foram baixas, ou

seja, diferenças inferiores à energia térmica para todos os complexos

hidrolisados, com exceção dos complexos que envolvem a hidrólise na ligação

Pd-N(20) e Pd-C(6). Na rota de hidrólise envolvendo a ligação Pd-N(20), na qual

ocorre a protonação do grupo amina terciário presente no complexo,

observamos a maior diferença energética, em torno de 10.8 kcal/mol. Portanto

para essa quebra de ligação encontramos uma diferença significativa com

relação à quiralidade das moléculas.

Como já descrito anteriormente, na seção 4.2, melhorando o método de

cálculo quântico e aumentando o conjunto de funções base, espera-se

melhorar a qualidade dos resultados. Desta forma, calculamos os valores da

variação da entalpia de hidrólise das diferentes rotas utilizando o método de

cálculo B3LYP/ 6-31+G(d) e seus valores estão apresentados na Tabela 4-8.

Na última coluna dessa tabela temos as diferenças da entalpia de hidrólise dos

enantiômeros. É importante salientar que esses novos cálculos foram

realizados apenas para as entalpias, mantendo as mesmas geometrias das

moléculas.

A partir dos dados da Tabela 4-7 e da Tabela 4-8 observa-se que com o

método de cálculo B3LYP/6-31+G(d) os resultados obtidos apresentam o

mesmo comportamento descrito anteriormente para o método de cálculo HF/6-

31G, porém os valores numéricos alteraram.

Fazendo uma análise da Tabela 4-8, observamos que para todas as rotas

de hidrólise, a maior diferença entre os enantiômeros se manteve nos

complexos hidrolisados VII (PdOH), no valor de 26.7 kcal/mol, em favor do

enantiômero IS. Essa rota é a (f) da Figura 3-2 que representa a quebra da

ligação Pd-N(20) com protonação no N gerando o grupo NH+.

63

Tabela 4-7: Sumário dos valores calculados da variação da entalpia de hidrólise (HF/6-31G),

em fase gasosa para as diferentes rotas mostradas na Figura 3-2.

No trabalho de Barbosa e colaboradores [44], foi observado que

complexos ciclopaladados bifosfínicos (BPC), têm uma notável ação biológica

antitumoral, agindo por via lisossomal, e que o enantiômero IS apresenta uma

maior seletividade comparada ao enantiômero IR. É sabido que, as enzimas

lisossomais podem ser liberadas do lisossomo para dentro do citosol, as quais

contribuem para a ativação do processo de apoptose [108]. A presença de

grupos hidrofóbicos, bem como a protonação do grupo amina presente na

estrutura da BPC, sugere que essa molécula ativa a permeabilização da

membrana lisossomal, permitindo a liberação de enzimas lisossomais.

Ainda no trabalho de Barbosa e colaboradores [44] foi realizado um

ensaio que usou a comparação de espectros vibracionais na região do

infravermelho dos compostos em uma escala de pH (variando de 1 a 12). Os

Composto Hgás

(kcal/mol) Composto

Hgás

(kcal/mol)

H (IS-IR)

(kcal/mol)

Quebra Pd-P


IIR(PdH)fechado 65.0 IIS(PdH)fechado 65.2 0.2

IIIR(PdOH) 31.6 IIIS(PdOH) 31.3 -0.3

IVR(PdH)aberto 76.6 IVS(PdH)aberto 76.6 0.0


VR(PdOH) 31.4 VS(PdOH)fechado 31.2 -0.2

Quebra Pd-N

VIR(PdH) 75.8 VIS(PdH) 71.2 -4.6


Quebra Pd-C


IXR(PdOH) -4.17 IXS(PdOH) -7.47 -3.3

64

resultados indicam que, podem ser obtidas bandas de absorção entre os

comprimentos de onda 2750 a 2300 cm-1, que envolvem modos de vibração

normais do grupo –NH+. Esse resultado pode ser atribuído na quebra da

ligação de coordenação Pd-N e uma protonação do grupo amina terciário

presente no complexo de paládio.

Tabela 4-8: Sumário dos valores calculados da variação da entalpia de hidrólise (B3LYP/ 6-31+G(d)), em fase gasosa para as diferentes rotas mostradas na Figura 3-2.

Considerando a hidrólise dos enantiômeros que resultam nos complexos

VII(PdOH), ambos apresentam um processo endotérmico como mostrado nas

Tabelas 4-7 e 4-8, porém o trabalho de Barbosa e colaboradores [44], sugere

um possível processo de protonação do grupo amina terciário presente na

molécula BPC em meio ácido, com pH variando de 5.1 a 6.5. Como os cálculos

realizados neste trabalho não envolve o efeito do pH é possível que em meio

ácido essa rota de hidrólise seria favorável energéticamente ocorrendo a

Composto Hgás

(kcal/mol) Composto

Hgás

(kcal/mol)

H (IS-IR)

(kcal/mol)

Quebra Pd-P


IIR(PdH)fechado 38.3 IIS(PdH)fechado 32.6 -5.7

IIIR(PdOH) 24.0 IIIS(PdOH) 24.2 0.2

IVR(PdH)aberto 50.7 IVS(PdH)aberto 50.9 0.2


VR(PdOH) 28.0 VS(PdOH) 27.8 -0.2

Quebra Pd-N

VIR(PdH) 63.3 VIS(PdH) 58.8 -4.5


Quebra Pd-C


IXR(PdOH) 3.23 IXS(PdOH) 0.63 -2.6

65

protonação do grupo amina terciário presente na molécula de BPC e ativando

proteínas lisossomais, desencadeando, portanto, um processo de apoptose.

Identificamos ainda que, nas ligações Pd-N e Pd-C há diferenças

significativas (em ambos os métodos) com relação à quiralidade presente nos

enantiômeros estudados. Nas quebras das ligações Pd-N e Pd-C do

enantiômero IS, observamos que a hidroxila ligada ao paládio pode formar mais

ligações de hidrogênio com o grupo metil (ligados ao átomo de N(20)) e também

com o átomo de hidrogênio ligado ao carbono quiral. Isto não ocorre com o

enantiômero IR, pois esses átomos de hidrogênio estão do lado oposto à

hidroxila como mostra a Figura 4-9, Figura 4-10, Figura 4-12 e Figura 4-13.

Portanto, numa possível quebra dessas ligações, no enantiômero IS existe uma

possibilidade maior de ocorrer mais interações intramoleculares, comparado ao

enantiômero IR, o que nos indica a possibilidade de explicarmos a

enantioseletividade desses compostos.

Porém é sabido que, não podemos extrapolar os resultados obtidos

através das análises realizadas de moléculas isoladas por cálculos quânticos

para o meio líquido, pois o efeito do solvente nas reações que ocorrem hidrólise

é de grande importância, e esse efeito não é incluído nesse tipo de análise

devido a limitações que existem com relação aos números de átomos

envolvidos nos cálculos quânticos. Dessa forma, realizamos estudos das rotas

de hidrólise em meio aquoso com o objetivo de analisar o efeito do solvente

nessas rotas de hidrólise.

4.5 Análise das Rotas de Hidrólise em Meio Aquoso

Utilizando o procedimento descrito na seção 3.4, realizamos simulações

de cada um dos enantiômeros IR e IS, simulações de uma molécula de água e

simulações para cada um dos 16 complexos hidrolizados, todos embebidos em

solução aquosa. Nosso objetivo com essas simulações foi estimar a variação

da entalpia de hidrólise através da variação da energia potencial de interação

soluto-solvente ( WIU ), e a variação da energia potencial de interação

solvente-solvente ( WWU ), também conhecida como energia potencial de

relaxação do solvente.

66

É sabido que, o cálculo da relaxação do solvente apresenta uma

convergência bastante lenta e é necessário uma grande quantidade de passos

de simulação para garantir sua convergência.

Devido à dificuldade de calcular esse termo com precisão, escolhemos a

rota de hidrólise que envolve a quebra da ligação Pd-C(6), IXR(PdOH), para a

análise da relevância desse termo e calculamos a variação da energia potencial

de interação solvente-solvente de forma bastante criteriosa, garantindo sua

convergência.

4.5.1 Análise da Energia de Relaxação do Solvente

Utilizando o procedimento descrito pela Figura 3-4, realizamos 71

simulações do IR solvatado em 800 moléculas de água, 71 simulações para

uma molécula de água solvatado em mais 450 moléculas de água e 71

simulações para o complexo hidrolisado IXR(PdOH) solvatado em 1250

moléculas de água , todos embebidos em solução aquosa.

Cada simulação passou por um processo de termalização de 3x104

ciclos MC. Em seguida, foram realizados 24 x103 ciclos MC do sistema em

equilíbrio térmico. No total das 71 simulações, analisamos a variação da

energia potencial de interação soluto-solvente ( WIU ), e a variação da

energia potencial de interação solvente-solvente )U( WW com um total de

17x 105 ciclos MC. Esses valores foram calculados e são mostrados na Tabela

4-9.

Na Figura 4-15 mostra os valores da variação da energia potencial de

interação solvente-solvente em torno do seu valor médio, em função dos ciclos

MC. Fica evidente através dessa figura, que a relaxação do solvente apresenta

grandes variações em torno do seu valor médio. Portanto, é de grande

importância confirmar a convergência desse valor para garantir a confiabilidade

dos nossos resultados.

Na Figura 4-16, analisamos a convergência dos termos WIU e WWU .

Do lado direito temos a média acumulada das médias da variação da energia

potencial de interação soluto-solvente ( WIU ), e do lado esquerdo temos a

67

média acumulada das médias da variação da energia potencial de interação do

solvente-solvente ( WWU ) em função dos ciclos MC.

Tabela 4-9: Valores calculados para a variação da energia potencial de interação soluto-

solvente ( WIU ), e a variação da energia potencial de interação solvente-solvente

( WWU ).

Sistema WIU

(kcal/mol)

WWU

(kcal/mol)

IR + 800H2O -94.5 -7987.3

H2O + 450 H2O -20.2 -4514.1

IXR(PdOH)+ 1250 H2O -100.0 -12502.3

U 14.7 -0.9

Figura 4-15: Variações da energia potencial de interação solvente-solvente em torno do seu valor médio, em função de ciclos MC.

Analisando a Figura 4-16, observamos que a medida que mais valores

são incluídos, as propriedades vão convergindo para seu valor médio. Para a

variação da energia potencial de interação soluto-solvente ( WIU ), foram

necessários aproximadamente 1,5 x 105 ciclos MC para que seu valor médio

fosse atingido, enquanto que para a variação da energia potencial de interação

68

solvente-solvente ( WWU ) foram necessários 14 x 105 ciclos MC. Ou seja,

para a estimativa da propriedade WWU , foi necessário um grande número de

ciclos MC para obtermos um valor confiável, enquanto para a estimativa do

termo WIU bem menos ciclos são necessários para sua convergência.

Figura 4-16: Gráfico da convergência da variação da energia potencial de interação soluto-

solvente ( WIU ) e da energia potencial de interação solvente – solvente ( WWU ).

Através da Tabela 4-9, verificamos que o valor médio calculado da

variação da energia potencial de interação solvente-solvente WWU foi de -0,9

kcal/mol, ou seja, a contribuição energética da relaxação do solvente para esse

sistema estudado é pequena e podemos, portanto, despreza-la em nossos

cálculos sem muita perda de informação do sistema.

Dessa forma, podemos reescrever a Equação 15 descrita na seção

3.4.2. Excluindo o termo WWU :

kTUHH WI)gás()sol( (16)

onde )gás(H é a variação da entalpia de hidrólise das moléculas em fase

gasosa, WIU é a variação da energia potencial de interação soluto-solvente,

e kT é a diferença de variação da energia cinética.

Dessa última equação, o 1º termo à direita, )gás(H , já foi calculado e

está mostrada nas Tabelas 4-7 e 4-8. O 2º termo, UI-W, pode ser facilmente

calculado realizando uma única simulação computacional com

69

aproximadamente 1,5x105 ciclos MC e o último termo dessa equação, kT, é

constante e igual a 0.6 kcal/mol.

4.5.2 Análise da Energia de Interação Soluto-Solvente

Realizamos simulações dos enantiômeros IS e IR e dos complexos

hidrolisados em solução aquosa utilizando o procedimento descrito no capítulo

anterior. Nosso objetivo com essas simulações é estimar a variação da energia

potencial de interação soluto-solvente (UI-W).

Cada simulação passou por um processo de termalização com 21 x103

ciclos MC. Em seguida, foram realizados 1,5 x 105 ciclos MC no equilíbrio. Na

Tabela 4-10 pode-se observar os valores das energias potenciais de interação

soluto-solvente, obtidos em cada simulação.

Um fator importante na análise da energia potencial de interação soluto -

solvente que deve ser levado em consideração é o momento de dipolo () do

soluto envolvido no meio solvente. Normalmente é esperado que a

estabilização em um solvente polar, seja dominada pelo momento de dipolo

com o soluto [109]. Na realidade, esse princípio, dá origem aos tratamentos de

campo de reação de efeitos solventes [110],[111].

Na Figura 4-17 analisamos as energias potencias de interação soluto-

solvente dos complexos hidrolisados em função dos seus momentos de dipolo.

Do lado esquerdo temos a energia potencial de interação soluto-solvente dos

complexos hidrolisados do enantiômero IR e do lado direito temos a energia

potencial de interação do soluto-solvente dos complexos hidrolisados do

enantiômero IS.

Através da análise da Figura 4-17 observamos que os complexos com o

momento de dipolo maior apresentam conseqüentemente, um valor de energia

potencial de interação soluto-solvente mais forte em meio aquoso.

Verificamos ainda, a partir da Tabela 4-10, que a diferença das energias

potenciais de interação soluto-solvente entre os complexos hidrolisados IR e IS

foram baixas, com exceção dos complexos que envolvem a quebra da ligação

Pd-P(12). Na rota de hidrólise envolvendo a ligação Pd-P(12), na qual ocorre a

protonação do átomo de paládio e o anel bifosfínico permanece próximo ao

70

centro metálico formando uma estrutura fechada como ilustrado na Figura 4-7 e

na Figura 4-8, obtemos a maior diferença energética, em torno de 10.97

kcal/mol, sendo o complexo hidrolisado IVS(PdH)fechado o que interage mais

fortemente com o meio solvente.

Tabela 4-10: Valores calculados para energia potencial de interação soluto-solvente dos complexos hidrolisados embebidos em 800 moléculas de água.

Figura 4-17: Energia potencial de interação soluto-solvente dos complexos hidrolisados IR e IS respectivamente, em função dos momentos de dipolo.

Composto

Debye)

UI-W

(kcal/mol) Composto

Debye)

UI-W

(kcal/mol)

IIR(PdH)aberto 25.45 -175.88 II(PdH)Saberto 25.54 -177.27

IIR(PdH)fechado 12.76 -120.10 IIS(PdH)fechado 12.78 -122.72

IIIR(PdOH) 10.78 -107.61

IIIS(PdOH) 10.97 -105.19

IVR(PdH)aberto 23.28 -178.11 IVS(PdH)aberto 23.11 -183.41

IVR(PdH)fechado 14.58 -133.01 IVS(PdH)fechado 11.43 -122.04

VR(PdOH) 9.91 -106.16 VS(PdOH) 9.82 -107.68

VIR(PdH) 4.55 -95.98 VIS(PdH) 11.64 -99.41

VIIR(PdOH) 5.12 -103.69 VIIS(PdOH) 3.68 -105.71

VIIIR(PdH) 5.66 -94.21 VIIIS(PdH) 5.12 -93.91

IXR(PdOH) 7.39 -104.99 IXS(PdOH) 7.81 -104.82

71

Comparando os momentos de dipolo dos complexos hidrolisados

IVR(PdH)aberto e IVS(PdH)aberto encontramos respectivamente os valores de

14.58 D e 11.43 D, ou seja uma diferença de 3.15 D. Se analisarmos de forma

análoga, os complexos hidrolisados VIIR(PdH) e VIIS(PdH) encontra-se

respectivamente os valores do momento de dipolo de 4.55 D e 11.64 D, ou

seja, uma diferença de 7.17 D. Apenas para essas duas rotas de hidrólise foi

verificada uma diferença significativa entre os valores dos momentos de dipolo

dos complexos hidrolisados IR e IS.

4.5.3 Análise da Variação de Entalpia de Hidrólise em Solução

Finalmente podemos fazer uma análise do processo de hidrólise desses

enantiômeros, através do cálculo da variação da entalpia de hidrólise em

solução, a fim de propormos uma explicação da enantioseletividade desses

compostos.

A variação da entalpia de hidrólise pode ser calculada pela Equação 16

descrita na seção 4.5.1. Os valores calculados da variação da entalpia de

hidrólise de cada complexo são mostrados na Tabela 4-11. Os valores das

variações das entalpias apresentados nesta tabela foram calculados utilizando

a variação da entalpia de hidrólise das moléculas em fase gasosa (H(gás)),

obtida através do método de cálculo HF/6-31G. Na última coluna dessa tabela

temos as diferenças das variações da entalpia entre os enantiômeros IR e IS

hidrolisados.

Observamos através da Tabela 4-11, que para todas as possíveis rotas

de hidrólise estudadas, dos enantiômeros IR e IS, os valores das variações de

entalpia de hidrólise foram endotérmicas, ou seja, do ponto de vista energético

estas rotas necessitam de calor para romper as ligações. Verificamos ainda

que, as maiores diferenças energéticas se concentram nas rotas de hidrólise

que envolve a quebra das ligações Pd-P(12) no valor de 11.07 kcal/mol e a rota

que envolve a quebra da ligação Pd-N(20) no valor de -12.91 kcal/mol.

Considerando os valores obtidos na Tabela 4-11, decidimos investigar a

variação da entalpia de hidrólise considerando a variação da entalpia de

hidrólise das moléculas em fase gasosa (H(gás)) calculada pelo método B3LYP/

72

6-31+G(d). Os valores das novas variações das entalpias de hidrólise estão

apresentados na Tabela 4-12. Na última coluna dessa tabela temos as

diferenças das variações das entalpias entre os enantiômeros IR e IS

hidrolisados.

Tabela 4-11: Valores calculados para a variação da entalpia de hidrólise dos complexos hidrolisados em solução. A variação da entalpia de hidrólise das moléculas em fase gasosa foi calculada pelo método HF/6-31G.

Analisando os valores da Tabela 4-12, nota-se que duas possíveis rotas

de hidrólise são exotérmicas, e são elas as rotas que envolvem a quebra da

ligação Pd-P(19) (II(PdH)aberto) e a quebra da ligação Pd-P(12) (IV(PdH)aberto),

sendo o enantiômero hidrolisado IS o que libera maior calor na quebra das

ligações, em ambas as rotas.

Através de testes experimentais desenvolvidos por Caires e

colaboradores, observa–se que quando esses enantiômeros são expostos

Composto H(sol)

(kcal/mol) Composto

H(sol)

(kcal/mol)

H (IS-IR)

(kcal/mol)

Quebra Pd-P

IIR(PdH)aberto 21.38 IIS(PdH)aberto 20.18 -1.20


IIIR(PdOH) 39.20

IIIS(PdOH) 41.26 2.06

IVR(PdH)aberto 13.66 IVS(PdH)aberto 8.36 -5.30

IVR(PdH)fechado 41.30 IVS(PdH)fechado 52.37

11.07

VR(PdOH) 40.44 VS(PdOH) 38.68 -1.76

Quebra Pd-N

VIR(PdH) 85.44 VIS(PdH) 81.78 -3.66


Quebra Pd-C


IXR(PdOH) 6.01 IXS(PdOH) 2.84

-3.17

73

muito tempo em solução aquosa com pH neutro (aproximadamente 7), ocorre

um desligamento do grupo bifosfínico, o qual se precipita no meio formando um

sólido branco.

Tabela 4-12: Valores calculados para a variação da entalpia de hidrólise dos complexos hidrolisados. A variação da entalpia de hidrólise das moléculas em fase gasosa foi calculada pelo método B3LYP/ 6-31+G(d).

Considerando esses resultados, acredita-se que a hidrólise desses

agentes anti-tumorais possa ocorrer no enantiômero IS, na quebra da ligação

Pd-P sendo a ligação com o fósforo 12 a mais provável devido à maior

liberação de calor na quebra da ligação.

Verificamos ainda através da Tabela 4-12 que a maior diferença da

variação da entalpia de hidrólise foi encontrada entre os enantiômeros IR e IS

hidrolisados envolvendo a quebra da ligação Pd-N(20). A diferença entre os

enantiômeros IR e IS hidrolisados, foi de aproximadamente 29 kcal/mol, ou

Composto H(sol)

(kcal/mol) Composto

H(sol)

(kcal/mol)

H (IS-IR)

(kcal/mol)

Quebra Pd-P

IIR(PdH)aberto -3.51 IIS(PdH)aberto -4.74 -1.23


IIIR(PdOH) 32.31

IIIS(PdOH) 34.15 1.84

IVR(PdH)aberto -12.20 IVS(PdH)aberto -17.32 5.12

IVR(PdH)fechado 14.49 IVS(PdH)fechado 25.71

11.22

VR(PdOH) 37.08 VS(PdOH) 35.28 -1.80

Quebra Pd-N

VIR(PdH) 73.08 VIS(PdH) 70.02 -3.06


Quebra Pd-C


IXR(PdOH) 13.44 IXS(PdOH) 10.92

-2.52

74

seja, essa rota de hidrólise apresenta uma diferença significativa das

interações desses agentes anti-tumorais quirais com o meio solvente.

Analisando os valores das variações da entalpia de hidrólise dos

complexos VII(PdOH), observamos que o mesmo precisa de menos calor para

romper a ligação . Acredita-se, portanto, que a localização do átomo de

hidrogênio presente no carbono quiral do enantiômero IS, favoreça a sua

interação com as moléculas de água.

Como descrito anteriormente, na seção 4.4, acredita-se através de

espectroscopia vibracional na região do infravermelho que ocorra a quebra da

ligação Pd-N com a formação de uma espécie capaz de romper os lisossomos

quando expostos ao pH ácido (aproximadamente o pH dos lisossomos, ou

seja, 5).

Na tentativa de verificar a influência do pH nessas rotas de hidrólise,

realizamos uma nova simulação dos enantiômeros IR e IS nas mesmas

condições termodinâmicas descritas anteriormente, porém incluindo agora

moléculas de água dissociadas, buscando simular um pH ácido para o meio

solvente, e de forma análoga, calculamos a variação da entalpia de hidrólise

para os complexos estudados.

Quando simulamos os enantiômeros IR e IS em meio solvente na

presença dos íons H+ e OH-, observamos que todas as rotas de hidrólise são

exotérmicas. Verificamos ainda que, as maiores diferenças energéticas

permanecem nas mesmas rotas de hidrólise descrita anteriormente, ou seja,

nas quebras das ligações Pd-P12 e Pd-N.

Acredita-se, portanto que quando os enantiômeros IR e IS forem

expostos a um pH ácido por um longo período de tempo, todas as ligações

envolvendo o metal paládio serão rompidas. O mais adequado para esse tipo

de análise é identificar o efeito temporal da interação dos enantiômeros IR e IS

com o meio ácido, priorizando a identificação das rupturas das ligações mais

exotérmicas em um curto tempo de exposição.

75

5 - CONCLUSÕES E SUGESTÕES

Neste trabalho estudamos as possíveis mudanças nas propriedades

conformacionais e eletrônicas de moléculas simplificadas que serviram de

modelo para os enantiômeros S(-) e R(+) dos complexos [Pd(C2, N-

dmpa)(dppe)]Cl (Sdmpa e Rdmpa apresentados na Figura 1-3) em processos

de hidrólise. Utilizamos técnicas de modelagem molecular, cálculos quânticos

e simulações computacionais, com o objetivo de fornecer subsídios para

elucidar a enantioseletividade desses compostos e consequentemente um

melhor entendimento no mecanismo de ação anti-tumoral desses complexos.

Numa primeira abordagem optamos em simplificar os complexos Sdmpa

e Rdmpa em sistemas modelos que nomeamos de IR e IS. Para justificar essa

simplificação realizamos uma análise comparativa das geometrias dos

inibidores IR e IS, e observamos que as regiões centrais das moléculas são

muito semelhantes. Com relação à distribuição eletrônica também não foi

observado nenhuma mudança significativa entre os enantiômeros. Comparando

esses resultados com os resultados obtidos pelo estudo dos complexos Sdmpa

e Rdmpa realizado por Iadoccico [72], concluímos que não existem diferenças

significativas entre os enantiômeros IR e IS.

O estudo sobre as possíveis mudanças geométricas desses

enantiômeros em um processo de hidrólise iniciou-se através da análise dos

orbitais de fronteira HOMO e LUMO. Como a molécula de estudo é carregada

positivamente ela atua como um aceitador de elétrons, logo o orbital de

interesse é o LUMO. Portanto, através de uma análise dos orbitais moleculares,

podemos concluir que as ligações susceptíveis a uma possível quebra são as

quatro ligações do paládio, ou seja, os átomos de fósforo (P12 e P19); o átomo

de carbono (C6) e o átomo de nitrogênio (N20).

Foi realizado portanto, um estudo comparativo da quebra das quatro

ligações do Pd e foram investigadas duas possibilidades para cada quebra de

ligação:

O próton (H+) da água se ligando com o paládio (Pd) e a hidroxila

(OH-) se ligando ao outro átomo da ligação quebrada, ou;

A hidroxila (OH-) da água se ligando com o (Pd) e o próton se ligando

com o outro átomo da ligação.

76

Desta forma foi estudado 8 compostos hidrolisados para cada

enantiômero (IR e IS) totalizando 16 compostos.

Em seguida, analisamos de forma comparativa a precisão e o custo

computacional dos métodos ab initio (HF) e o Funcional de Densidade Híbrido

com o potencial de troca-correlação B3LYP através de cálculos da variação da

entalpia de hidrólise, utilizando diferentes funções bases, com o objetivo de

melhorar a descrição teórica do sistema estudado. Dessa forma, escolhemos a

rota de hidrólise que envolve a quebra da ligação Pd-N(20) do enantiômero IS

para desenvolver essa análise.

De acordo com os resultados obtidos, observamos que utilizando o

método de cálculo B3LYP com funções base 6-31+G(d), a qual pussuí funções

de polarização e difusas, os resultados da variação da entalpia de hidrólise

apresentam uma melhora significativa comparada com o melhor cálculo

(B3LYP/cc-pVTZ). Sendo assim, concluímos, considerando precisão e tempo

de processamento de cada método, que nos cálculos da energia dos sistemas

estudados, também utilizaríamos o nível de cálculo B3LYP/6-31+G(d).

Uma vez definido o nível de cálculo a ser utilizado, iniciamos uma

investigação completa dos valores da variação da entalpia dos complexos

hidrolisados.

É importante destacar que encontramos valores positivos para a

variação da entalpia de hidrólise, ou seja, (hidrólise endotérmica) para as

ligações Pd-P(19); Pd-P(12) e Pd-N(20); e valores negativos (hidrólise exotérmica)

apenas para a ligação Pd-C(6).

Fazendo uma análise das rotas de hidrólise estudadas cujos valores da

variação da entalpia de hidrólise em fase gasosa estão descritos na Tabela 4-7,

observamos que para todas as rotas de hidrólise que envolvem a quebra da

ligação Pd-P, a rota que obteve uma diferença significativa na variação da

entalpia de hidrólise, ou seja, uma diferença superior à energia térmica, foram

os complexos hidrolisados II(PdH)fechado. Além disso, a maior diferença da

entalpia se manteve nos complexos hidrolisados VI(PdOH), no valor de 26.7

kcal/mol.

Identificamos ainda que nas ligações Pd-N e Pd-C há diferenças

marcantes com relação à quiralidade presente nos enantiômeros estudados.

Nas quebras das ligações Pd-N e Pd-C do enantiômero IS, observamos que a

77

hidroxila da água pode interagir com os átomos de hidrogênio ligados ao grupo

metil (ligado ao átomo de N20) e também ao átomo de hidrogênio ligado ao

carbono quiral, o qual no enantiômero IR esse átomo está do lado oposto à

hidroxila como mostra a Figura 4-9, Figura 4-10, Figura 4-12 e a Figura 4-13.

Portanto, numa possível quebra dessas ligações, o enantiômero IS existe uma

possibilidade maior de ocorrer mais interações intramoleculares, comparado ao

enantiômero IR, o que indica a possibilidade de explicarmos a

enantioseletividade desses compostos.

Porém é sabido que, não pode-se extrapolar os resultados obtidos

através das análises de moléculas isoladas para o meio líquido, pois o efeito do

solvente na análise de reações que ocorrem hidrólise é de grande importância.

Dessa forma, realizamos uma análise das rotas de hidrólise em meio aquoso

com o objetivo de analisar o efeito do solvente nessas rotas de hidrólise.

Portanto, realizamos simulações dos enantiômeros IR e IS, de água e

dos complexos hidrolisados, todos embebidos em solução aquosa. O objetivo

com essas simulações foi estimar a variação da entalpia de hidrólise através da

variação da energia potencial de interação soluto-solvente ( WIU ), e a

variação da energia potencial de interação solvente-solvente ( WWU ), também

conhecida como energia potencial de relaxação do solvente.

Como resultado dessas simulações pode-se concluir que a variação da

energia potencial de relaxação do solvente para esse sistema estudado é

aproximadamente zero e podemos, portanto, desprezá-los em nossos cálculos.

Além disso, observa-se que os complexos hidrolisados com o momento de

dipolo maior apresentam conseqüentemente, um valor da variação da energia

potencial de interação soluto-solvente ( WIU ), mais baixo em meio aquoso.

Foi possível analisar através da Tabela 4-11 que duas possíveis rotas de

hidrólise são exotérmicas, e são elas as rotas que envolvem a quebra da

ligação Pd-P(19) ((PdH)aberto) e a quebra da ligação Pd-P(12) (IV(PdH)aberto),

sendo o complexo hidrolisado IS o que libera maior calor na quebra das

ligações, em ambas as rotas.

Esses resultados teóricos apresentam concordância com testes

experimentais desenvolvidos por Caires e colaboradores. Esses resultados

indicam um possível desligamento do grupo bifosfínico, o qual se precipita no

78

meio formando um sólido branco, quando esses enantiômeros são expostos

muito tempo em solução aquosa com pH neutro. Dessa forma, acredita-se que

a hidrólise desses agentes anti-tumorais possa ocorrer no enantiômero IS na

quebra da ligação Pd-P sendo a ligação com o fósforo 12 a mais provável

devido à maior liberação de calor na quebra da ligação.

Observamos ainda através da Tabela 4-11 que a maior diferença da

variação da entalpia de hidrólise foi encontrada entre os enantiômeros IR e IS

hidrolisados envolvendo a quebra da ligação Pd-N(20). A diferença entre esses

complexos hidrolisados, foi de aproximadamente 29 kcal/mol, sendo que o

complexo VIIS(PdOH) precisa de menos calor para romper a ligação.

Portanto, pode-se concluir que essa rota de hidrólise apresenta uma diferença

significativa das interações desses agentes anti-tumorais com o meio solvente.

Acredita-se que essa diferença das interações dos enantiômeros com meio

aquosa possa ser justificada pela localização do átomo de hidrogênio presente

no carbono quiral do enantiômero IS, que teoricamente favorece a sua

interação com as moléculas de água.

No trabalho de Barbosa e colaboradores [45], foi observado através de

espectroscopia vibracional na região do infravermelho, que ocorre a quebra da

ligação Pd-N com a formação de uma espécie capaz de romper os lisossomos

quando expostos ao pH ácido (aproximadamente o pH dos lisossomos).

Dessa forma, para trabalhos futuros, pretendemos estender o projeto

para o estudo destes complexos em meio ácido, na tentativa de verificar a

influência do pH nessas rotas de hidrólise e realizar cálculos da variação da

energia livre que nos informará sobre a espontaneidade do processo de

hidrólise.

79

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http://fge.if.usp.br/~kaline/Publicados_PDF/2004-DipoleSolvLess-CPL399-534.pdf

88

APÊNDICE A

Neste apêndice mostramos os parâmetros usados nas simulações de

Monte Carlo.

Tabela A.1: Valores das coordenadas cartesianas dos enantiômeros IS e IR, e valores dos

parâmetros do potencial de interação: cargas (q), epsilon () e sigma () de cada átomo.

Parâmetros x y Z carga

(q) x y z

carga (q)

epsilon (ε)

sigma (σ)

Átomo IS IR

C1 -2.34596 0.24094 -0.31260 0.093 -2.42162 0.02043 0.16483 0.086 0,007 3,550

C2 -3.59858 0.84159 -0.32888 -0.196 -3.73267 -0.43567 0.15127 -0.218 0,007 3,550

C3 -3.74517 2.17883 0.01727 -0.101 -4.00682 -1.76912 -0.11916 -0.097 0,007 3,550

C4 -2.63956 2.91873 0.39562 -0.150 -2.96674 -2.64315 -0.38948 -0.154 0,007 3,550

C5 -1.38103 2.32609 0.41237 -0.126 -1.65203 -2.18875 -0.38202 -0.151 0,007 3,550

C6 -1.22090 0.99446 0.04811 -0.177 -1.36435 -0.85771 -0.09720 -0.130 0,007 3,550

H7 -4.46933 0.28120 -0.60463 0.156 -4.54150 0.24481 0.34485 0.156 0,030 2,420

H8 -4.71749 2.63041 -0.00052 0.149 -5.02094 -2.11712 -0.12876 0.148 0,030 2,420

H9 -2.74907 3.94747 0.67946 0.155 -3.17292 -3.67215 -0.61218 0.156 0,030 2,420

H10 -0.54644 2.92067 0.72843 0.124 -0.87428 -2.88887 -0.61722 0.134 0,030 2,420

Pd11 0.48357 -0.07640 0.05573 -0.180 0.43307 0.06306 -0.11125 -0.150 0,200 1,700

P12 1.955.97 1.88280 -0.21693 0.318 1.72895 -1.99748 0.26002 0.281 0,200 3,740

C13 3.72454 1.31778 -0.60902 -0.134 3.53165 -1.55922 0.66055 -0.072 0,066 3,500

H14 3.75384 1.07650 -1.66423 0.102 3.56567 -1.28455 1.70744 0.088 0,030 2,500

H15 4.41126 2.13714 -0.44607 0.089 4.15373 -2.43506 0.53629 0.075 0,030 2,500

C16 4.12608 0.10942 0.24189 -0.146 4.03942 -0.41647 -0.22364 -0.179 0,066 3,500

H17 4.17771 0.37305 1.29084 0.102 4.08680 -0.72048 -1.26181 0.106 0,030 2,500

H18 5.10426 -0.24493 -0.05151 0.090 5.03761 -0.12893 0.07549 0.093 0,030 2,500

P19 2.85558 -1.30064 0.08561 0.295 2.88120 1.09349 -0.14065 0.321 0,200 3,740

N20 -0.94389 -1.71259 0.13557 0.215 -0.84438 1.80582 -0.31858 0.086 0,170 3,250

C21 -1.29707 -1.94846 1.56284 -0.273 -1.19896 1.94732 -1.76182 -0.288 0,066 3,500

H22 -0.39486 -2.14072 2.12522 0.098 -0.29901 2.08752 -2.34222 0.125 0,030 2,500

H23 -1.95197 -2.80501 1.66342 0.109 -1.84395 2.80830 -1.90388 0.109 0,030 2,500

H24 -1.78387 -1.07763 1.96942 0.151 -1.70770 1.06453 -2.10810 0.142 0,030 2,500

C25 -0.37536 -2.95219 -0.44783 -0.286 -0.21579 3.07254 0.12971 -0.277 0,066 3,500

H26 0.47691 -3.26462 0.13570 0.108 0.57847 3.33218 -0.55362 0.110 0,030 2,500

H27 -0.06276 -2.77085 -1.46555 0.108 0.19436 2.97016 1.11910 0.120 0,030 2,500

H28 -1.09573 -3.75991 -0.44108 0.120 -0.94094 3.87997 0.12950 0.128 0,030 2,500

C29 -2.12173 -1.21077 -0.68321 0.022 -2.08422 1.45781 0.47873 0.072 0,066 3,500

H30 -1.76860 -1.25061 -1.70831 0.095 -2.88101 2.11772 0.14370 0.073 0,030 2,500

C31 -3.36723 2.09596 -0.58047 -0.360 -1.89527 1.65807 1.98705 -0.268 0,066 3,500

H32 -3.85444 -2.00488 0.38076 0.101 -1.77686 2.69845 2.25740 0.086 0,030 2,500

H33 -3.13742 -3.13818 -0.75408 0.112 -1.04401 1.09634 2.35330 0.082 0,030 2,500

H34 -4.07907 -1.80542 -1.34159 0.132 -2.77393 1.28618 2.49679 0.112 0,030 2,500

H35 1.65320 2.81366 -1.22704 0.035 3.39146 1.93749 -1.15069 0.007 0,000 0,000

H36 3.28129 -1.97309 -1.08358 0.009 3.33964 1.77507 1.01040 0.007 0,000 0,000

H37 3.28279 -2.21885 1.06952 0.012 1.33993 -2.86375 1.29763 0.041 0,000 0,000

H38 2.11137 2.72158 0.90594 0.035 1.83075 -2.88584 -0.83020 0.038 0,000 0,000

89

Água

O 0,00000 -2,00000 0,00000 -0,820 0,155 3,165

H 0,81650 -2,57740 0,00000 0,420 0,000 0,000

H -0,81650 -2,57740 0,00000 0,420 0,000 0,000

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ESTUDOS TEÓRICOS DA INFLUÊNCIA DA QUIRALIDADE EM …livros01.livrosgratis.com.br/cp085526.pdf · formação como pesquisadora. E a tudo isso eu espero fazer jus. ... ao meu grande