Identificação de novas moléculas orgânicas pelo uso combinado de experimentos de RMN e cálculos computacionais de DFT

Abstract

A elucidação da estrutura de um produto natural inédito é o primeiro passo para compreendermos as suas propriedades físico-químicas e suas aplicações, seja enquanto agroquímico ou fármaco. Esse processo, muitas vezes, é moroso, sobretudo em moléculas com alta complexidade e, geralmente, requer o uso combinado de várias técnicas. A espectroscopia de RMN é a principal técnica utilizada na elucidação estrutural de produtos naturais, devido à sua viabilidade e à qualidade dos dados obtidos, porém, é comum encontrarmos situações de moléculas complexas, nas quais a interpretação dos espectros de RMN é árdua. Nos últimos 15 anos, os cálculos computacionais de DFT se tornaram uma ferramenta popular, em conjunto com os dados experimentais de RMN, para auxiliar a elucidação estrutural de novas moléculas orgânicas. Métodos estatísticos – como o MAE, CMAE e, sobretudo, o DP4 – são utilizados para avaliar a qualidade do ajuste entre os dados experimentais e calculados, a fim de confirmar se a metodologia foi realizada de forma correta. Esse trabalho descreve detalhadamente a elucidação estrutural de quatro moléculas utilizando dados experimentais de espectros de RMN ( 1 H, 13 C, COSY, NOESY, HSQC, HMBC) e outras técnicas (massas, IV, VCD), aliados a cálculos computacionais de DFT. Uma das moléculas estudadas tem origem sintética da reação de Diels-Alder, enquanto as demais são produtos naturais extraídos das plantas Crotalaria retusa L. e Conchocarpus mastigophorus (Rutaceae). As moléculas elucidadas nesse trabalho foram: (rac-(3aR,4S,4aS,5R,8S,8aR,9R,9aS)-3a,9a-dicloro-3a,4,4a,5,8,8a,9,9a-octaidro- 4,9:5,8-dimetanonafto[2,3-c]furan-1(3H)-ona); (3S * ,4R * ,5S * ,8a 1 R * ,13aR * )-3-hidroxi-3,4,5- trimetil-4,5,8,8a 1 ,10,12,13,13a-octahidro-2H-[1,6]dioxacicloundecino[2,3,4-gh]pirrolizina- 2,6(3H)-diona; 3S-(-)-hidroxi-1-metilpiperidin-2-ona; 1,3,6-triidroxi-2,4,5-trimetoxi-10- metilacridin-9(10H)-ona. A qualidade do ajuste foi verificada pela análise estatística DP4, bem como outras análises mais simples, como o MAE e CMAE. Palavras-chave: Crotalina. DFT. Diels-Alder. Identificação estrutural. RMN.

The structural elucidation of a novel natural product is the first step towards comprehending its physicochemical properties and applications, whether as a drug or an agrochemical. Sometimes this is an arduous task, particularly with molecules with higher complexity that requires the use of several combined techniques. The NMR spectroscopy is the leading technique to structure elucidation for natural products because it is widely available and provides high-quality data. Unfortunately, it is quite common to find situations where the interpretation of NMR data of a complex molecule is troublesome. In the last fifteen years, DFT calculations combined with NMR spectroscopy have become a trendy tool to elucidate the chemical structure of new organic compounds. Statistical methods, such as MAE, CMAE, and DP4, have been used to evaluate the best-of-fit between experimental and theoretical data, to confirm that the methodology was performed correctly. This work describes in detail the structure elucidation of four molecules using experimental data from NMR spectra ( 1 H, 13 C, COSY, NOESY, HSQC, HMBC) and other techniques (IR, VCD, GC-MS), combined with DFT calculations. One of the molecules studied has a synthetic origin from the Diels-Alder reaction, while the other three are natural products extracted from the plats Crotalaria retusa L. and Conchocarpus mastigophorus (Rutaceae). The molecules elucidated in this work were: rac- (3aR,4S,4aS,5R,8S,8aR,9R,9aS)-3a,9a-dichloro-3a,4,4a,5,8,8a,9,9a-octahydro-4,9:5,8- dimethanonaphtho[2,3-c]furan-1(3H)-one; (3S * ,4R * ,5S * ,8a 1 R * ,13aR * )-3-hydroxy-3,4,5- trimethyl-4,5,8,8a 1 ,10,12,13,13a-octahydro-2H-[1,6]dioxacycloundecino[2,3,4- gh]pyrrolizine-2,6(3H)-dione; (3S)-(-)-3-hydroxy-1-methylpiperidin-2-one; 1,3,6-trihydroxy- 2,4,5-trimethoxy-10-methylacridin-9(10H)-one. The best-of-fit of the data was examined with DP4 statistical analysis, as well with other simpler methods, such as MAE and CMAE. Keywords: Crotalina. DFT. Diels-Alder. Structural elucidation. NMR.