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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/56380
Type: | Dissertação |
Title: | Cristais do neurotransmissor gaba, do ácido oxálico e seu co-cristal: crescimento, medidas e cálculos DFT de suas propriedades. |
Title in English: | Crystals of the neurotransmitter gaba, oxalic acid and its co-crystal: growth, measurements and DFT calculations of their properties. |
Authors: | Silva, José Barbosa da |
Advisor: | Freire, Valder Nogueira |
Co-advisor: | Valentini, Antoninho |
Keywords: | Ácido γ-aminobutírico;l DFT;Ácido oxálico;GABA-OXA |
Issue Date: | 2020 |
Citation: | SILVA, José Barbosa da. Cristais do neurotransmissor GABA, do ácido oxálico e seu co-cristal: Crescimento, medidas e cálculos DFT de suas propriedades. 2020. 211 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020. |
Abstract in Brazilian Portuguese: | O ácido gama-aminobutírico, ou ácido γ-aminobutírico é o principal neurotransmissor inibidor no sistema nervoso central de mamífero maduro em desenvolvimento. Seu principal papel é reduzir a excitabilidade neuronal em todo o sistema nervoso. GABA é vendido como um suplemento dietético. Em 1883, o GABA foi sintetizado pela primeira vez e era conhecido apenas como produto metabólico de plantas e micróbios. O GABA é sintetizado principalmente a partir do glutamato através da enzima glutamato descarboxilase (GAD) com fosfato piridoxal (a forma ativa da vitamina B6) como cofator. Esse processo converte o glutamato (o principal neurotransmissor excitatório) em GABA (o principal neurotransmissor inibitório). Muitos estudos sobre o GABA estão sendo desenvolvidos em todo o mundo, neste trabalho, foi realizado a cristalização do GABA comercial isolado e um coformador, no caso, o ácido oxálico, no ituito de formação do co-cristal GABA-OXA, visando o melhoramento das propriedades fisico- química, em especial a solubilidade, e tambêm foram realizados cálculos quânticos via DFT. Para um entendimento aprofundado dos dados experimentais, calculamos as propriedades estruturais, eletrônicas, ópticas e vibracionais (incluindo fônons e propriedades termodinâmicas) dos GABA, ácido oxálico e co-cristal de suas monocamadas e moléculas isoladas no contexto da Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Como principais resultados obtivemos que: o gap de energia para o GABA está em excelente concordância com o gap indireto que obtivemos do cálculo DFT; as frequências vibracionais do GABA calculado via DFT são reportadas pela primeira vez. Foram realizadas atribuições dos movimentos atômicos para cada um dos modos, e identificadas assinaturas vibracionais para GABA. Cálculos funcionais de densidade foram realizados para estudar as propriedades no estado/sólido dos dois polimorfos de GABA monoclínico-tetragonal e dos cristais monohidratado e hexagonal. As geometrias das células unitárias foram otimizadas, as bandas de energia eletrônica de Kohn-Sham, densidades eletrônicas de estados, cargas populacionais, absorção óptica e funções dielétricas complexasforam obtidas para cada sistema de GABA usando um funcional GGA mais a correção de dispersão TS, levando à parâmetros de rede muito próximos dos valores experimentais. As estruturas de bandas teóricas fundamentais de todos os cristais de GABA são diretas exceto o monoclínico (indireto) com gap de energias próximas à 5 eV. A absorção óptica e a função dielétrica são muito sensíveis à polarização da luz em todos os cristais do GABA. |
Abstract: | Gamma-aminobutyric acid, or γ-aminobutyric acid, is the main inhibitory neurotransmitter in the central nervous system of a developing mature mammal. Its main role is to reduce neuronal excitability throughout the nervous system. GABA is sold as a dietary supplement. In 1883, GABA was first synthesized and was known only as a metabolic product of plants and microbes. GABA is synthesized mainly from glutamate through the enzyme glutamate decarboxylase (GAD) with pyridoxal phosphate (the active form of vitamin B6) as a cofactor. This process converts glutamate (the main excitatory neurotransmitter) into GABA (the main inhibitory neurotransmitter). Many studies on GABA are being developed all over the world. In this work, the crystallization of commercial GABA alone and a cofactor, in this case oxalic acid, were carried out in the formation process of the GABA-OXA co-crystal, aiming at the improvement physicochemical properties, especially solubility, and quantum calculations were also performed via DFT. For an in-depth understanding of the experimental data, we calculate the structural, electronic, optical and vibrational properties (including phonons and thermodynamic properties) of GABA, oxalic acid and co-crystal of their monolayers and isolated molecules in the context of the Density Functional Theory (DFT). As main results we obtained that: the energy gap for GABA is in excellent agreement with the indirect gap that we obtained from the DFT calculation; the vibrational frequencies of the GABA calculated via DFT are reported for the first time. Atomic movements were assigned to each of the modes, and vibrational signatures for GABA were identified. Functional density calculations were performed to study the solid / state properties of the two monoclinic-tetragonal GABA polymorphs and the monohydrate and hexagonal crystals. Unit cell geometries have been optimized, Kohn-Sham electronic energy bands, electronic state densities, population loads, optical absorption and complex dielectric functions have been obtained for each GABA system using a GGA functional plus TS dispersion correction, leading to network parameters very close to the experimental values. The structures of fundamental theoretical bands of all GABA crystals are direct except the monoclinic (indirect) with energy gap close to 5 eV. Optical absorption and dielectric function are very sensitive to the polarization of light in all GABA crystals. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/56380 |
Appears in Collections: | DQAFQ - Dissertações defendidas na UFC |
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