Cálculos de RMN de 13C por meio das Abordagens GIAO, CSGT e IGAIM: Fatores de Escalonamentos para Terpenos / 13C NMR calculations using the GIAO, CSGT and IGAIM Approaches: Scaling Factors for Terpenes

Geomar Souza Alves, Evani Ferreira Cardoso, Sara Sâmitha Souza, Ana Carolina Ferreira de Albuquerque, Roberto Carlos Campos Martins, Rodrigo de Souza Miranda, Fernanda Barbosa da Silva, Marcelo Ricardo Souza Siqueira, Fernando Martins dos Santos Junior, Gunar Vingre da Silva Mota, Antonio Maia de Jesus Chaves Neto, Fabio Luiz Paranhos Costa

Abstract


Os terpenos são produtos naturais que apresentam diversas propriedades biológicas e farmacológicas diretamente relacionadas às suas estruturas químicas. Na determinação estrutural de moléculas orgânicas, a Ressonância Magnética Nuclear (RMN) é usada em larga escala. O deslocamento químico (δ) sendo o parâmetro mais importante. O presente estudo tem como objetivo desenvolver e testar (a molécula de elemol será utilizada para esse fim) fatores de escala δ de 13C a terpenos, com base em regressões lineares. 10 moléculas complexas de sesquiterpeno foram selecionadas com as estruturas inequivocamente determinadas (confirmadas com cristalografia de raios-X). As geometrias foram otimizadas no nível B3LYP / 6-311 + G (d, p), na fase gasosa, e o δ será obtido no nível PBE0 / aug-cc-pvdz com três abordagens diferentes GIAO, CSGT e IGAIM , na fase gasosa e líquida, onde foi utilizado o modelo PCM (modelo contínuo polarizado). O TMS (tetrametilsilano) foi utilizado como referência e os dados experimentais de 13C foram obtidos em clorofórmio. Os resultados do RMS escalonado para os terpenos usados para gerar os fatores de escalonamento mostram que quando os efeitos do solvente são levados em consideração, mesmo que implicitamente, há uma melhora na reprodução dos dados experimentais. No entanto, a diferença nos valores RMS escalados não é grande o suficiente para justificar levar em consideração as interações com o solvente, pelo menos com o modelo PCM. É interessante notar que com o nível teórico PBE0 / aug-cc-pvdz, o método GIAO apresentou desempenho inferior aos outros 2 utilizados. Outro ponto interessante é que seu tempo de cálculo, de acordo com as simulações geradas neste trabalho, foi, em média, 30% maior que o CSGT e IGAIM. Assim, para estudos com terpenos, com esse nível de teoria, o uso do método GIAO não é indicado.


Keywords


Terpenos, Elemol, desempenho.

References


de Albuquerque, A.C.F., Ribeiro, D.J. and de Amorim, M.B. 2016. Structural determination of complex natural products by quantum mechanical calculations of 13C NMR chemical shifts: development of a parameterized protocol for terpenes. Journal of Molecular Modeling, 22(8), pp.183-189.

Costa, F.L.P, Fernandes, S.B.deO., Fingolo, C.E., Boylan, F., de Jesus Chaves Neto, A.M., Mota, G.V.daS., Soares, B.A., Siqueira, M.R.S and Giacomello, T.F., 2020. Experimental and Theoretical Nuclear Magnetic Resonance Data from Tryptanthrin, an Alkaloid with Potential Activity Against Human Coronavirus. Advance Science, Engineering and Medicine, 12 (7), pp.963-969.

Jalowitzki, S.A, Giacomello, T.F., Mota, G.V.daS., de Jesus Chaves Neto, A.M. and Costa, F.L.P., 2020. An Application of the PCM Model for Obtaining Chalcones Magnetic Properties. Advance Science, Engineering and Medicine, 12 (7), pp.939-950.

Cardoso, E.F., de Albuquerque, A.C.F., de Jesus Chaves Neto, A.M., Mota, G.V.daS. and Costa, F.L.P., 2020. Gauge-Including-Atomic-Orbitals-mPW1PW91/6-31G(d) Scaling Factor as a Satisfactory Cost-Effectiveness Ratio for H-1 Nuclear Magnetic Resonance Chemical Shift Calculations. Advance Science, Engineering and Medicine, 12 (8), pp. 1095-1101.

Rocha, R. A. deM., Giacomello, T.F., de Jesus Chaves Neto, A.M., Mota, G.V.daS. and Costa, F.L.P., 2020. Diferenciação de Triterpenos Regiosoméricos por Meio de Cálculos de Deslocamento Químico de RMN de 13C. Revista Virtual de Química, 12(4), pp. 969-980.

Giacomello, T.F., Mota, G.V.daS., de Jesus Chaves Neto, A.M. and Costa, F.L.P., 2020. Use of Replaced Chalcones to Generate a 13C Chemical Shift Staging Factor for Chalcone and Its Derivate. Advance Science, Engineering and Medicine, 12(4), pp.464-472.

Souza, S.S., Martins, M.A.deS., Neto, A.M.deJ.C.; Mota, G.V.daS. And Costa, F.L.P., 2020. Systematic Gauge-Including Atomic Orbital-Hybrid Density Functional Theory Linear Regressions for 13C NMR Chemical Shifts Calculation. Advanced Science, Engineering and Medicine, 12(3), pp.364-370.

Prado, G.daS., Giacomello, T.F., Wulff, L.B., Siqueira, M.R.S., Mota, G.V.daS., Neto, A.M. deJ.C., Moraes, E.dosS. and Costa, F.L.P., 2019. Chemical discharge of 13C calculated for efavirenz. Brazilian Journal of Development, 5(11), pp.25698-25703.

Wulff, L.B., Prado, G.daS., Giacomello, T.F., Siqueira, M.R.S., Mota, G.V.daS., Neto, A.M. deJ.C., Moraes, E.dosS. and Costa, F.L.P., 2019. Oseltamivir, a 13C chemical displacement correlation. Brazilian Journal of Development, 5(12), pp. 32129-32135.

Costa, F.L.P., Fernandes, S.B.deO.; Fingolo, C.E., Boylan, F. and Mota G.V.daS., 2017. Tryptanthrin (indolo [2,1-b] quinazoline-6,12-dione) Isolation from Leaves of Couroupita guianensis and Its Characterization by NMR Experimental and GIAO-DFT Data. Journal of Computational and Theoretical Nanoscience, 14(5), pp.2383-2388.

Costa, F.L.P., Giacomello, T.F., de Morais Rocha, R.A., de Jesus Chaves Neto, A.M. and Mota, G.V.D.S., 2017. Very Fast and Surprisingly Accurate GIAO-mPW1PW91/3-21G//PM7 Scaling Factor for 13C NMR Chemical Shifts Calculation. Advance Science, Engineering and Medicine, 9(3), pp.254–61.

Giacomello, T.F., de Morais Rocha, R.A., de Jesus Chaves Neto, A.M., Mota, G.V.daS. and Costa, F.L.P., 2017. Protocol for Calculating 13C Nuclear Magnetic Resonance Chemical Shifts of Flexible Organic Molecules. Advance Science, Engineering and Medicine, 9(8), pp. 640–647.

Costa, F.L.P., de Fernandes, S.B.O., Fingolo, C.E., Boylan, F., de Albuquerque, A.C.F., dos Santos Junior, F.M., de Amorim, M.B., 2016. Isolation, Identification, Relative Configuration and Conformational Analysis of Loliolide by GIAO-HDFT 1H and 13C NMR Chemical Shifts Calculations, Quantum Matter, 5(5), pp.675-679.

Costa, F.L.P., de Albuquerque, A.C.F., Borges, R.M., dos Santos Junior, F.M. and de Amorim, M.B., 2014. High Cost-Effectiveness Ratio: GIAO-MPW1PW91/6-31G(d)//MPW1PW91/6-31G(d) Scaling Factor for 13C Nuclear Magnetic Resonance Chemical Shifts Calculation. Journal of Computational and Theoretical Nanoscience, 11(1), pp.219–225.

Costa, F.L.P. and de Amorim, M.B., 2011. GIAO-B3LYP low computational cost scaling factor for 13C NMR chemical shifts calculation. Journal of Computational and Theoretical Nanoscience, 8(7), pp.1166-1172.

Costa, F.L.P., De Albuquerque, A.C.F., Dos Santos, F.M. and de Amorim, M.B., 2010. GIAO-HDFT scaling factor for 13C NMR chemical shifts calculation. Journal of Physical Organic Chemistry, 23(10), pp.972–977.

Dos s., F., Velozo, L., De Carvalho, E., M., A., Borges, R., Trindade, A., Dos Santos, M., de Albuquerque, A., Costa, F., Kaplan, M., De Amorim, M., 2013. 3-Ishwarone, a Rare Ishwarane Sesquiterpene from Peperomia scandens Ruiz. Molecules (Basel. Online), 18 (11), pp. 13520-13529.

Mota, E.A.V., Neto, A.F.G., Marques, F.C., Mota, G.V.S., Martins, M.G., Costa, F.L.P., Borges, R.S. and Neto, A.M.J.C. 2018. Time-Dependent Density Functional Theory Analysis of Triphenylamine-Functionalized Graphene Doped with Transition Metals for Photocatalytic Hydrogen Production. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 18(7) pp.4987-4991.

Costa, F., 2006. Electronic structure study of the reaction C2H4+→C2H2++H2. International Journal of Quantum Chemistry, 106(13), pp.2763–2771.

Mota, G.V. daS., Oliveira, C. X., Neto, A.M.J.C. and Costa, F.L.P. Inclusion Complexation of Praziquantel and -Cyclodextrin, Combined Molecular Mechanic and Monte Carlo Simulation, 2012. Journal of Computational and Theoretical Nanoscience, 9(8), pp.1090-1095.

Costa, F.L. P. and de Amorim, M.B. Theoretical Study on Styrenes Planarity: Styrene and p-Hydroxi-Styrene, 2010. Advanced Science Letters, 3(4) pp.507-511.

Costa, F.L.P, Gomes, P.F., Silva, A.K. and L. M. Lião, L. M. Conformational Analysis, Experimental and GIAO-DFT 13C NMR Chemical Shift Calculation on 2'-Hydroxy-3,4,5-trimethoxy-chalcone, 2017. Journal of the Brazilian Chemical Society, 28(11) pp.2130-2135.

Frisch, M.J., Trucks, G.W., Schlegel, H.B., Scuseria, G.E., Robb, M.A., Cheeseman, J.R., Scalmani, G., Barone, V., Mennucci, B., Petersson, G.A., Nakatsuji, H., Caricato, M., Li, X., Hratchian, H.P., Izmaylov, A.F., Bloino, J., Zheng, G., Sonnenberg, J.L., Hada, M., Ehara, M., Toyota, K., Fukuda, R., Hasegawa, J., Ishida, M., Nakajima, T., Honda,Y., Kitao, O., Nakai, H., Vreven, T., Montgomery, J.A., Peralta, J.E., Ogliaro, F., Bearpark, M., Heyd, J.J., Brothers, E., Kudin, K.N., Straroverov, V.N., Kobayashi, R., Normand, J., Raghavachari, K., Rendell, A., Burant, J.C., Iyengar, S.S., Tomasi, J., Cossi, M., Rega, N., Millam, J.M., Klene, M., Knox, J.E., Cross, J.B., Bakken, V., Adamo, C., Jaramillo, J., Gomperts, R., Stratmann, R.E., Yazyev, O., Austin, A.J., Cammi, R., Pomelli, C., Ochterski, J.W., Martin, R.L., Morokuma, K., Zakrzewski, V.G., Voth, G.A., Salvador, P., Dannenberg, J.J., Dapprich, S., Daniels, A.D., Farkas, Foresman, J.B., Ortiz, J.V., Cioslowski, J. and Fox, D.J., 2009. Gaussian 09, revision b.01.




DOI: https://doi.org/10.34117/bjdv7n3-031

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