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: COMPROVAÇÃO DA EXISTÊNCIA DE LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO ENTRE LIGANTES NITROGENADOS E ÁCIDOS CARBOXÍLICOS POR FORTES E INESPERADOS EFEITOS EM RMN DE 1H

AUTORES: Ferreira da Cruz Santos, V. (UFPE) ; Adonias França, J. (UFPE) ; Bezerra de Lima, N. (UFPE)

RESUMO: Neste trabalho utilizamos cálculos teóricos para estudos associados à interpretação das propriedades estruturais, energéticas e espectroscópicas de complexos de hidrogênio entre compostos nitrogenados com diferentes ácidos carboxílicos na proporção 1:1. Também realizamos estudos via espectroscopia de RMN de 1H para comprovar a formação da ligação de hidrogênios nestes sistemas. Os resultados teóricos mostraram que os complexos formados são estáveis energeticamente, e que em todos os casos a complexação resultaria na blindagem eletrônica dos núcleos de hidrogênio ácidos. Os resultados experimentais mostraram que em todos os casos esta blindagem ocorria, exceto para o complexo entre 2,2’ bipiridina e ácido benzoico.

PALAVRAS CHAVES: RMN de 1H; ligações de hidrogênio; cálculos ab initio

INTRODUÇÃO: A formação de ligações de hidrogênio intermoleculares, ou seja, ligações de hidrogênio entre diferentes moléculas causam mudanças importantes nas propriedades energéticas, eletrônicas, estruturais e vibracionais destes sistemas[1]. A ligação de hidrogênio por ser uma interação fraca quando comparada com ligações covalentes e iônicas, é difícil de identificar a presença de um sinal associado a ela em análises espectroscópicas, entretanto, uma maneira eficiente de mostrar que ela está presente no sistema de interesse, é verificar as mudanças nas propriedades espectroscópicas dos grupos que estão próximos a ela. Recentemente, foram reportados resultados computacionais associados ao estudo das propriedades moleculares e espectroscópicas de complexos de hidrogênio envolvendo compostos nitrogenados cíclicos e ácidos fluorídrico. Estes resultados mostraram a possibilidade de formação de complexos estáveis energeticamente entre essas moléculas, bem como as mudanças em suas propriedades estruturais, energéticas e vibracionais, mostrando assim que os cálculos computacionais revelaram informações importantes a respeito das propriedades destes complexos[2-3]. Neste trabalho temos como objetivos realizar cálculos computacionais para interpretar as propriedades estruturais, energéticas e espectroscópicas de complexos envolvendo compostos nitrogenados cíclicos (1,10 fenantrolina e 2,2’ bipiridina) e ácidos carboxílicos (ácido fórmico, ácido acético e ácido benzoico) nas proporções 1:1. A partir destas análises, realizaremos cálculos GIAO para predizer os deslocamentos químicos teóricos bem como mostraremos como experimentos via RMN de 1H podem ser utilizados para comprovar os efeitos da formação da ligação de hidrogênio.

MATERIAL E MÉTODOS: Na parte computacional do trabalho, nós empregamos cálculos de orbitais moleculares usando a teoria do funcional de densidade (DFT)[4] com o funcional B3LYP[5] com o conjunto de funções base 6-31++G(d,p) para otimização completa de geometria e o método GIAO para predição dos deslocamentos químicos teóricos. Todos os cálculos foram realizados utilizando o programa de química quântica computacional GAUSSIAN 2003. Para a realização dos experimentos de RMN 1H, preparamos soluções contendo 1,10 fenantrolina ou 2,2 bipiridina e RCOOH em 0,51mL de CDCl3 na proporção 1:1. Também realizamos análises das moléculas livres de complexação em solução de CDCl3. Os experimentos de RMN de 1H foram realizados no equipamento VARIAN UNMRS 400 MHz.400 MHz. Nestes experimentos utilizamos um padrão de TMS com deslocamento químico em 0 ppm. O campo magnético (B0) utilizado foi 7 T, também foi utilizado um pulso de 45º e Lb=5Hz.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: A figura 1 apresenta as geometrias otimizadas dos complexos estudados neste trabalho. A tabela 1 apresenta, as variações (δӷ) no tamanho de ligação dos grupos O-H, C=O, N-CH, N-CC e HC-N. Quando verificamos os valores dos comprimentos das ligações no complexo e na molécula livre de complexação, observamos que em todos os casos as ligações O-H e C=O aumentaram, ou seja, este fato indica que provavelmente a formação da ligação de hidrogênio, enfraqueceu estas ligações. A tabela 2 apresenta os resultados obtidos a partir dos cálculos computacionais e análises experimentais de RMN de 1H. Através desta tabela, destacamos os deslocamentos químicos associados ao núcleo de hidrogênio ácido (1H). Ao analisar as consequências da formação da ligação de hidrogênio verificamos que teoricamente a complexação resulta na blindagem dos hidrogênios ácidos, ou seja, que a complexação ocasiona um aumento na densidade eletrônica presente nos núcleos destes hidrogênios. Os resultados experimentais mostraram que para os complexos envolvendo a 1,10 fenantrolina houve uma blindagem acentuada sendo a maior delas de -4.08 ppm para o complexo FEN∙∙∙HOOCC6H5. Em relação aos complexos envolvendo a 2,2’ bipiridina, observamos que para o complexo BIPI∙∙∙HOOCC6H5 houve uma desblindagem (ΔδH1exp= +0.63 ppm), fato completamente inesperado, uma vez que para os demais complexos houve uma blindagem eletrônica. Por fim, nossos resultados experimentais comprovaram que além de haver a formação da ligação de hidrogênio nestes complexos, a complexação modificou bastante o deslocamento químico dos hidrogênios ácidos.

Figura 1.

Geometrias otimizadas dos complexos entre os ligantes nitrogenados e os ácidos carboxílicos.





CONCLUSÕES: Os cálculos computacionais mostraram que a formação de ligações de hidrogênio entre as moléculas estudadas é possível, visto que, os complexos formados são energeticamente estáveis e que nenhuma frequência imaginária foi encontrada. As análises experimentais de RMN de 1H comprovaram que além de haver a formação da ligação de hidrogênio nestes complexos, a complexação modificou bastante o deslocamento químico dos hidrogênios ácidos. Em todos os casos observamos que o núcleo de hidrogênio ácido é blindado após a complexação exceto para o complexo BIPI∙∙∙HOOCC6H5.

AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem a PROACAD, a PROPESQ, a UFPE, ao CNPQ e a FACEPE pelo suporte financeiro e ao LQTC.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] J. Lin and P. A. Frey, J. Am. Chem. Soc., 122, (2000), 45, 11258.
[2] V. H. Rusu, M. N. Ramos, J. B. P. Silva, International Journal of Quantum Chemistry, 106, (2006), 2811.
[3] V. H. Rusu, M. N. Ramos, J. B. P. Silva, Vibrational Spectroscopy, 46, (2008) 52.
[4] G. J. Zhao, B. H. Northrop, K.L. Han, P. J. Stang, J Phys Chem A, 114, (2010), 9007.
[5] S. Jalili and M. Akhavan, J. Theor. Comput. Chem., 3, 4, (2004), 527