SÍNTESE E ESTUDO TEÓRICO DE MOLÉCULAS ANFIFÍLICAS DERIVADAS DE a-AMINOÁCIDOS
Ana Flavia Drumond (IC)1, Mônica L. A. Silva (PQ)3, Beatriz A. Ferreira (PG)1,
Emanuel C. A. Felício (PQ)3, Hélio F. Dos Santos (PQ)2,3,
Wagner B. De Almeida(PQ)1
1Laboratório de Química Computacional e Modelagem Molecular (LQC-MM), Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas
Universidade Federal de Minas Gerais, BRASIL. e-mail: flavia@netuno.qui.ufmg.br
2Núcleo de Estudos em Química Computacional (NEQC),
3Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas,
Universidade Federal de Juiz de Fora, BRASIL
palavras-chave: moléculas-anfifílicas, a-aminoácidos, Serina
Moléculas anfifílicas possuem múltiplas aplicações, tais como tensoativos, transportadoras de fármacos e marcadores para o estudo de sistemas biológicos. Com o objetivo de obter compostos com propriedades físico-químicas específicas, derivados anfifílicos obtidos através da alquilação de a-aminoácidos têm sido sintetizados e caracterizados através de técnicas espectroscópicas [1]. Estes estudos revelaram alterações significativas no espectro infravermelho na região de estiramento do grupo carboxila em função da posição de alquilação (fig. 1). A justificativa molecular das diferenças observadas tem sido baseada na possibilidade de interação da cadeia carbônica com o grupo carboxila. Entretando, evidências quantitativas que suportem esta hipótese não foram ainda obtidas.
O-R0 O-R± N-R0 N-R±
Figura 1: Derivados alquilados da Serina
Derivados alquilados da Serina (SER) foram sintetizados, sendo R (fig. 1) um grupamento alquila com a cadeia carbônica variando de –C8H17 (n-octil) a –C12H25 (n-dodecil). Para a Serina pura, a vibração de estiramento do grupo carboxilato foi observada em 1606 cm-1 e para os derivados alquilados em 1640 (n-octil) e 1642 cm-1 (n-dodecil). Estas informações levaram a proposta de alquilação no N (estrutura N-R, fig. 1) [1].
No presente trabalho um estudo de dinâmica molecular (DM) e cálculos quânticos foram realizados para a Serina e seus derivados alquilados n-octil-SER e n-dodecil-SER. Os cálculos de DM foram feitos com o programa MACROMODEL, utilizando o campo de força AMBER. O tempo total de simulação foi de 500 ps com um passo de 1 fs. A temperatura foi mantida constante durante toda a simulação em 383K (110 °C, temperatura de síntese). O método semiempírico AM1 foi utilizado para a otimização de geometrias e cálculos de freqüências harmônicas e propriedades termodinâmicas relacionadas ao processo de alquilação e equilíbrio entre as formas neutra (O-R0 e N-R0) e zwitteriônica (O-R± e N-R±).
Na figura 2 são representadas as estruturas finais de equilíbrio (t=500 ps) para as formas O-R± e N-R± (R=-C8H17). As distâncias médias (<r>, fig. 2) calculadas durante toda a simulação apresentaram os seguintes valores: 10,66Å (O-R±) e 8,86Å (N-R±),
Figura 2: Estruturas dos derivados O-R± e N-R± (R=C8H17) obtidas na dinâmica molecular em t = 500 ps.
Os resultados obtidos mostram que os compostos alquilados assumem uma conformação estendida, na qual a cadeia carbônica não interage com o grupo carboxila. Portanto, a hipótese mencionada anteriormente para justificar os deslocamentos das freqüências vibracionais de estiramento do grupo -COO(H), não é comprovada pelos estudos de DM. Estruturas similares foram obtidas considerando as formas neutras (O-R0 e N-R0) dos derivados alquilados: <r> = 11,518 Å (O-R0) e <r> = 8,967 Å (N-R0) (R = -C8H17).
Uma nova hipótese considerada no presente trabalho foi a possibilidade de alteração do equilíbrio O(N)-R0 ® O(N)-R± em função da posição de alquilação. Um estudo termodinâmico foi realizado considerando as estruturas de equilíbrio obtidas na DM. O efeito do solvente foi incluído nos cálculos utilizando o modelo contínuo COSMO, sendo a constante dielétrica do meio igual a 78,54 (água). Os seguintes valores foram obtidos para a variação de energia livre de Gibbs em solução aquosa (DGaq): -3,10 kJ mol-1 (O-R0 ® O-R±) e 23,7 kJ mol-1 (N-R0 ® N-R±). Estes resultados mostram que a forma zwiteriônica é favorecida quando a alquilação ocorre no O e a forma neutra é predominante para o derivado alquilado no N. Portanto, como a Serina pura encontra-se na forma zwiteriônica no estado sólido, é esperado um deslocamento da freqüência de vibração do grupo carboxilato apenas para os produtos alquilados no N, em acordo com as informações experimentais disponíveis.
O estudo com o derivado n-dodecil-SER apresentou resultados similares. Cálculos ab initio estão sendo realizados com o derivado metilado (Me-SER) e os resultados serão apresentados e discutidos no presente trabalho.
[1] M. L. A. Silva, Tese de Doutorado, Depto. Química, UFMG, 1997