o eq 2eq Ângulo diedro c 1 -o-ch 2 / º
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0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
E
/ k
cal m
ol-1
Ângulo diedro (C1-C
2-O-H) /
o
Mínimos de energia
Ax1
Ax2
Ax3
Interações estereoeletrônicas e seus efeitos na preferência conformacional de
3-hidroxi e 3-metoxi-tetraidropiranos
Daniela Coelho Solha, Cláudio Francisco Tormena
Instituto de química, UNICAMP – Caixa Postal 6154 CEP-13084-862. [email protected]
Introdução
Conclusão
Referências
Objetivos
Tem sido observado por nós1 e por outros grupos2 de pesquisa, que a
conformação adquirida por uma determinada molécula é função direta dos
efeitos estéreo-eletrônicos repulsivos e atrativos presentes nas moléculas em
questão. 3-hidroxi-tetraidropiranos substituídos são importantes intermediários
para a indústria farmacêutica na preparação de inibidores de quimiocina, bem
como para insetos (Lepidoptera: Pyralidae) como feromônio sexual. 3
Tabela 1. Valores de energia e momento de dipolo para as estruturas do 3-hidroxi-tetraidropirano em nível MP2/aug-cc-pVDZ.
Avaliar a estabilidade conformacional do 3-hidroxi e 3-metoxi-
tetraidropirano através de RMN e no IV. Apoiados em cálculos teóricos, os
quais foram efetuados com nível de teoria DFT/B3LYP e teoria ab initio com o
método MP2, empregando as funções de base do tipo aug-cc-pVTZ disponível
no Gaussian09, para determinação das energias e geometrias dos
confôrmeros mais estáveis. Incluindo a análise de NBO e QTAIM para verificar
interações estereoeletrônicas responsáveis pela estabilidade conformacional.
Resultados e discussões
1) D.S. Ribeiro, R. Rittner, J. Org. Chem. 68, 6780 (2003). 2) F. Cortes-Gusman, J. Hernandez-Trujillo, G. Cuevas, J. Phys. Chem. A 107, 9253 (2003). 3) Y. Sasaerila, R. Gries, G. Gries, G. Khaskin, S. King, S. Takács, Chemoecology, 13, 89 (2003). 4) R.T. Conley, Infrared Spectroscopy, 2th edition, pg 129-131, (1972).
•Aspectos Computacionais
Confôrmero a Energiab ΔEc (Debye)
Ax1 -178,7 -346,205 2,13 3,2
Ax2 -38,71 -346,208 0 2,4
Ax3 -38,71 -346,208 0 2,4
Eq1 -67,62 -346,207 0,78 0,4
Eq2 70,38 -346,207 1,04 2,5
Eq3 178,61 -346,207 0,9 2,6
a)ângulo diedro C2-C3-O-H; b)hartrees; c)kcal mol-1
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
E
/ k
ca
l m
ol
-1
Ângulo diedro (C1-C
2-O-H) / º
Mínimos de energia
Eq1 Eq2
Eq3
As interações estereoeletrônicas atrativas e repulsivas foram analisadas
pelo QTAIM, mas não foi observado nenhum BCP que caracterizasse a presença
de ligação de hidrogênio na estrutura axial para o 3-hidroxi. O cálculo de NBO
apresentou uma interação hiperconjugativa LP2O *O-H da ordem de 0,68 kcal
mol-1. A carga natural do átomo de oxigênio do anel é -0,55437 enquanto que a
do hidrogênio do grupo OH é de +0,46055 e a distância entre esses átomos na
estrutura de equilíbrio é de 2,331 Å, a qual é menor do que a soma dos raios de
van der Waals destes átomos (2,75 Å). A presença de uma interação eletrostática
atrativa entre o oxigênio do anel e o grupo OH é o principal contribuinte para a
estabilização da conformação axial na fase isolada e em solventes apolares.
Contudo, não foi possível comprovar teoricamente a existência da ligação de
hidrogênio intramolecular.
•Aspectos experimentais
CDCl3 C2D2Cl4 CD3CN Acetona-D6 DMSO
3JH2H3= 5,88 Hz 3JH2H3= 6,24 Hz 3JH2H3= 7,80 Hz 3JH2H3= 8,28 Hz 3JH2H3= 8,52 Hz 3.45 ppm
2049.881
2056.122
2061.224
2067.106
3.443.463.48 ppm
2065.725
2071.967
2077.248
2082.050
2084.450
3.143.16 ppm
1877.452
1885.314
1888.435
1896.237
3.083.103.12 ppm
1844.743
1853.025
1855.606
1863.888
3.003.02 ppm
1788.207
1796.729
1798.950
1807.472
Tabela 2. Sinal correspondente ao H2ax e suas constantes de acoplamento 3JH2H3 em diversos solventes.
Figura 2. Equilíbrio das estruturas possíveis para 3-hidroxi e 3-metoxi-tetraidropirano.
Para o 3-hidroxi, o deslocamento do equilíbrio para a conformação equatorial em
solventes mais polares é observada pelos 3JH2axH3, valor próximo ao de um
acoplamento vicinal diaxial. Como ambas as conformações apresentam momentos de
dipolo similares, a preferência pela forma eq pode ser atribuída a um aumento da
energia da conformação axial. Para o 3-metoxi, não houve variação pronunciada de 3JH2axH3 com a mudança de polaridade do solvente.
3700 3600 3500 3400 3300
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Abso
rbâ
ncia
Número de onda (cm-1)
3700 3600 3500 3400
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
Número de onda(cm-1)
3600 3500 3400
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
Número de onda (cm-1)
A B C Figura 3. Espectro no Infravermelho do 3-hidroxi-tetraidropirano em CCl4 mostrando as bandas de
estiramento da hidroxila, nas concentrações de 0,04 (A), 0,02 (B) e 0,01 mol L-1 (C).
A banda de estiramento OH livre, 3640-3610 cm-1 é deslocada para menores
números de onda quando o H apresenta-se ligado a um átomo rico em elétrons.
Assim, observa-se dois tipos de ligação de hidrogênio (LH), intra e intermolecular,
em 3600-3200 cm-1. A intermolecular é caracterizada pela dependência com a
concentração. Consequentemente ocorre a diminuição da intensidade da banda de
menor número de onda com a redução da concentração.4
Para o 3-hidroxi, as estruturas Ax2 e Ax3 se interconverteram devido à
ausência de um poço potencial significativo para Ax3. Além disso, a estrutura Ax2
é considerada a de mais baixa energia. Já para o 3-metoxi, a estrutura de mais
baixa energia seria aquela na conformação equatorial, Eq3.
Benzeno-D6 CDCl3 Acetona-D6 CD3CN DMSO
3JH2H3=7,82 Hz 3JH2H3= 7,66 Hz 3JH2H3=7,53 Hz 3JH2H3=7,36 Hz 3JH2H3=7,24Hz
Tabela 2.Sinal correspondente ao H2ax e suas constantes de acoplamento 3JH2H3 em diversos solventes para 3-metoxi-tetraidropirano.
Tabela 3. Sinal correspondente ao H2ax e suas constantes de acoplamento 3JH2H3 em diversos solventes.
3.283.30 ppm
1632.076
1639.924
1643.173
1651.021
3.503.55 ppm
1748.995
1756.693
1760.192
1767.840
3.063.083.10 ppm
1528.253
1535.801
1539.450
1546.998
3.243.26 ppm
1608.832
1615.930
1619.679
1626.977
3.083.10 ppm
1530.50
1537.75
1541.65
1548.90
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Mínimos de energia
Ax3
Ax2
E
/ k
ca
l m
ol-1
Ângulo diedro C2-C3-O-CH3 / º
Ax1
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Mínimos de energia
Eq3Eq2
E
/kca
l m
ol-1
Ângulo diedro C2-C3-O-CH3/ º
Eq1
Figura 1. Gráfico da energia total obtida para os respectivos ângulos diedros do 3-hidroxi e 3-metoxi tetraidropirano com OR em axial e equatorial (R=OH,OCH3).
Através dos valores das constantes de acoplamento, observou-se a mudança
na preferência conformacional para o 3-hidroxi, sendo que em solventes polares o 3JH2axH3 tem um valor próximo ao vicinal diaxial, caracterizando a preferência pela forma equatorial. Para a molécula 3-metoxi, pelos valores de 3JH2H3, observou-se
que estes não variam com a mudança da polaridade do solvente, evidenciando a
preferência da estrutura com o grupo metila na posição equatorial, caracterizada
por um acoplamento JHH diaxial.
OOH
OO
H
H3
H2ax
H2eq
H3
H2eq
H2ax
OOCH3
OOCH3
H3
H2ax
H2eq
H3
H2eq
H2ax