53º Congresso Brasileiro de Quimica
Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4

ÁREA: Iniciação Científica

TÍTULO: Medida contínua de simetria (CSM) como descritor molecular para estudos de Correlação Quantitativa entre Estrutura e (Tempo de)-Retenção (QSRR) de Triterpanos Pentacíclicos em Cromatografia Gasosa.

AUTORES: Passos, D.C. (UFRJ-NPPN) ; Casilli, A. (UFRJ-IQ) ; Azevedo, D.A. (UFRJ-IQ) ; Neto, F.R.A. (UFRJ-IQ) ; Silva, R.S.F. (IFRJ) ; de Amorim, M.B. (UFRJ-NPPN)

RESUMO: O estudo de biomarcadores é vital em exploração de petróleo e é realizado basicamente por cromatografia em fase gasosa. O que torna importante o desenvolvimento de ferramentas que permitam sua identificação a partir do tempo de retenção em colunas cromatográficas, particularmente os métodos de QSRR. Nesse sentido, iniciamos estudos com alguns triterpanos pentacíclicos visando à geração de descritores moleculares que permitam esta correlação. O uso do cálculo da medida da simetria contínua (CSM) destas moléculas para os grupos de simetria pontual C2, Cs e C2v, levou a uma correlação notável com o índice de Kovats. Conforme a distância da CSM desses grupos pontuais diminui, o índice de Kovats aumenta. Este fato pode ser justificado em termos da interação preferencial com fase estacionária.

PALAVRAS CHAVES: Índice de Kovats; CSM; Triterpanos pentacíclicos

INTRODUÇÃO: Triterpanos pentacíclicos são biomarcadores de petróleo que consistem de moléculas orgânicas derivadas de organismos procarióticos. Eles estão presentes no óleo cru e possuem alta resistência a mudanças químicas. São importantes na exploração de petróleo por permitirem informações sobre origem de matéria orgânica, nível de maturação e biodegradação, dentre outras. (Berthod et al., 1998) A metodologia utilizada para identificar e quantificar esses biomarcadores no óleo cru é a cromatografia gasosa (CG), unidimensional ou bidimensional, pois permite identificar e quantificar essas substâncias com boa reprodutibilidade. Estudos sobre essa análise mostram separações e quantificações satisfatórias. No entanto, há poucos estudos na literatura que correlacionem os tempos de retenção (TR) com as estruturas desses marcadores. Quando um conjunto de 5 isômeros de biomarcadores com 30 átomos de carbono (diahopano, gamacerano, hopano, lupano e moretano) é submetido a uma análise em CG de coluna apolar, observamos que o diahopano, lupano, hopano e o moretano apresentam TR diferentes, porém muito próximos, uma vez que o TR em colunas apolares está diretamente ligado ao massa molecular. No entanto, o gamacerano possui um TR muito maior do que o dos demais. Não se encontra na literatura, até onde sabemos, uma explicação para este comportamento. Porém, podemos observar que o gamacerano, diferentemente dos demais, apresenta estrutura pertencente ao grupo de simetria pontual C2. Desse modo, iniciamos um estudo de correlação estrutura-TR em CG (QSRR), (Ghavami et al., 2010) utilizando como parâmetro molecular a medida contínua de simetria (CSM), (Avnir et al. 2011) buscando comprovar que a simetria tem influência direta na interação com a fase estacionária de colunas apolares em CG.

MATERIAL E MÉTODOS: Métodos Experimentais: Os tempos de retenção e os índices de kovats foram obtidos de dados da literatura. (Silva et al. 2011). Métodos Computacionais: As moléculas dos triterpanos pentacíclicos: hopano-30, lupano, diahopano-30, moretano-30 e gamacerano foram construídas no programa Avogadro, (Hanwell et al., 2012) tiveram as suas geometrias alteradas manualmente (rotação em torno da ligação C21-C22 e conversão cadeira/bote-torcido do anel D) de modo a incluir conformações plausíveis e foram otimizadas no pacote Gaussian 09 (Frisch et al., 2009) em nível B3LYP de teoria, utilizando o conjunto de bases 6-31G(d). Foram encontrados seis confôrmeros para o hopano e o diahopano, três para o lupane e moretane e apenas um para o gamacerano. Utilizando-se ainda o programa Gaussian 09, foram realizados cálculos de frequência para a determinação das energias vibracionais de ponto-zero e livre de Gibbs, que serviram para o cálculo da distribuição de Boltzmann e determinação das percentagens de cada confôrmero. As estruturas otimizadas anteriormente foram convertidas para formato pdb, no programa Avogadro, e, utilizando o modo de entrada conectividade OpenBabel, foram calculados os valores de medida de simetria contínua no programa CSM. Por fim, foram construídos gráficos de correlação entre o índice de retenção de Kovats experimentalmente calculados para essas substâncias e seus valores de simetria contínua.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os gráficos obtidos mostram claramente uma boa correlação entre os valores do índice de kovats e as medidas de simetria relativas aos grupos pontuais Cs, C2 e C2v. Tais correlações nos parecem plausíveis e justificáveis quando observamos que: (1) a presença de um único eixo C2, caracterizando o grupo C2 de simetria pontual, como no caso do gamacerano, implica na existência de duas orientações idênticas desse hidrocarboneto com a mesma afinidade pela fase estacionária, justificando então o seu maior tempo de retenção. Observamos, por outro lado, uma boa correlação entre o afastamento da simetria C2 apresentada pelos outros isômeros e a diminuição dos índices de Kovats por eles apresentados. (2) a presença de um único plano de simetria, caracterizando o grupo Cs de simetria pontual, implicaria na possibilidade de uma melhor interação entre a molécula do analito e a fase estacionária (maior superfície plana de contato). Observamos que, embora nenhum dos isômeros estudados pertença a esse grupo de simetria pontual, há também uma correlação significativa entre aproximação a essa simetria (diminuição da CSM para Cs) e o aumento do índice de Kovats. (3) por fim, notamos que o grupo de simetria pontual C2v contém dois planos de simetria perpendiculares entre sim e que geram, na sua interseção, um eixo C2. Considerando que moléculas pertencentes a esse grupo de simetria têm um dos planos de simetria coincidente com o plano molecular, podemos supor que a aproximação a essa simetria (diminuição do valor de CSM para C2v) deveria implicar também num aumento do tempo de retenção (índice de Kovats). Isso se verifica de forma significativa em nosso estudo

Estrutura dos isômeros de triterpanos pentacíclicos



Gráficos da correlação do índice de kovats e das medidas de simetria

Gráficos da correlação do índice de kovats e das medidas de simetria relativas aos grupos pontuais Cs(cima), C2 (meio) e C2v (baixo) dos triterpanos.

CONCLUSÕES: Os estudos realizados indicam claramente que o tempo de retenção na coluna cromatográfica dos triterpanos pentacíclicos (corrigidos pelo índice de Kovats) está diretamente relacionado à sua simetria, particularmente àquelas relacionadas aos grupos C2, Cs e C2v. Mais do que isso, nos levam a supor que um estudo de QSRR que contenha os valores de CSM como descritores moleculares permitirá a construção de modelo adequado para a previsão desses tempos de retenção. Tal estudo está sendo iniciado em nosso grupo de pesquisa.

AGRADECIMENTOS: Á petrobrás

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Avnir D.; Zayit A.; Pinsky M.; Elgavi H.; Dryzun C.; P.2011 “A web-site for calculating the degree of chirality” http://www.csm.huji.ac.il Chirality, 23: 17–23

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R.S.F. Silva, H.G.M. Aguiar, D.A. M.D. Rangel, F.R. Aquino Neto, Azevedo. 2011. Comprehensive two-dimensional gas chromatography with time of flight mass spectrometry applied to biomarker analysis of oils from Colombia. Fuel 90, 2694-2699