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Type: Tese
Title: Propriedades estruturais e vibracionais dos fármacos captopril e risperidona sob condições extremas
Authors: Vasconcelos, Daniel Linhares Militão
Advisor: Freire, Paulo de Tarso Cavalcante
Co-advisor: Teixeira, Alexandre Magno Rodrigues
Keywords: Captopril;DFT;Espectroscopia Raman;Polimorfismo
Issue Date: 2021
Citation: Vasconcelos, D. L. M. Propriedades estruturais e vibracionais dos fármacos captopril e risperidona sob condições extremas. 175f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Abstract in Brazilian Portuguese: Nesse estudo foi realizada uma análise estrutural e vibracional dos fármacos captopril (C9H15NO3S) e risperidona (C23H27FN4O2). O primeiro foi o fármaco anti-hipertensivo inaugural do tipo inibidor da enzima conversora da angiostensina I em II (iECA), enquanto que o segundo é um antipsicótico atípico usado no tratamento da esquizofrenia. Para tal estudo fez-se o uso de cálculos da teoria do funcional da densidade (DFT) e técnicas experimentais de espectroscopia Raman em condições extremas de temperatura e pressão. Para o captopril realizou-se cálculos DFT para estudar a conformação molecular variando-se o ângulo diedro ω (O4C18N6C15) em dois ambientes. Isso permitiu encontrar as estruturas de menores energias, possibilitando o cálculo das energias dos orbitais de fronteira (HOMO e LUMO) e das superfícies de potencial eletrostático para as estruturas obtidas. O estudo mostrou que, apesar de menos estável, a conformação cis do captopril apresenta orbitais ligantes e sítios de ataques nucleofílicos e eletrofílicos semelhantes ao confórmero trans. Também foram obtidos os espectros vibracionais teóricos e as assinaturas dos modos vibracionais. Os espectros teóricos, tanto do captopril quando da risperidona, mostraram uma boa concordância com o espectro experimental, o que tornou possível a identificação e atribuição dos modos vibracionais de acordo com o valor de PED (distribuição de energia potencial). Ao realizar experimentos Raman variando a pressão até 6,7 GPa no captopril foi possível observar uma transição de fase estrutural entre 2 e 3 GPa. Antes da transição observou-se que os modos de estiramento C-O sofriam uma diminuição no número de onda, porém após a transição os modos voltam a deslocar-se para maiores números de onda, indicando um aumento no comprimento da ligação de hidrogênio relacionada aos átomos de oxigênio. Mudanças que pudessem ser associadas à ligação S-H• • •O não foram observadas. Para o captopril, estudos realizados variando-se a temperatura de 300 até 8 K e de 300 até 375 K, não indicaram nenhuma transição de fase estrutural, embora seja possível que o fármaco sofra uma mudança conformacional durante o resfriamento. Em nenhum dos três experimentos realizados no captopril foi observado mudança conformacional trans para cis. Quanto a risperidona, foi investigado que sob pressão o fármaco sofre uma transição de fase entre 0,59 e 0,92 GPa. As alterações nos espectros Raman apontam que a transição de fase envolve, possivelmente, o átomo O26 e consequente a ligação de hidrogênio formada por ele. As alterações nos modos vibracionais associados a várias regiões da molécula sugerem uma complexa mudança conformacional.
Abstract: In this study, we performed a vibrational and structural study of medicines captopril (C9H15NO3S) and risperidone (C23H27FN4O2). Captopril was the first anti-hypertensive medicine of the ACE inhibitor type, while risperidone is an atypical antipsychotic used in the treatment of schizophrenia. For this study, DFT calculations and experimental Raman spectroscopy techniques were used in extreme conditions of temperature and pressure. For captopril, DFT calculations were used to study the molecular conformation by rotating the dihedral angle ω (O4C18N6C15) in two environments, searching for the lower energy structures. This allowed the calculation of the energies of the frontier orbitals (HOMO and LUMO) and to find the lectrostatic potential surfaces for the structures obtained. The study showed that, although less stable, the cis conformation of captopril present ligand orbitals and possibles sities of nucleophilic and electrophilic attack similar to the trans conformation. After obtaining the lowest energy molecular structure, we calculated the theoretical vibrational spectrum and the assignment of the normal modes. The theoretical spectra of both captopril and risperidone showed a good agreement with the experimental spectra, allowing the identification of the vibrational modes according to the PED (potential energy distribution) values. The Raman experiments on captopril for pressures up to 6.7 GPa indicate the occurrence of a structural phase transition between 2 and 3 GPa. Before the transition, the C-O stretching modes decrease their wavenumbers, however, after the transition the modes shift to higher wavenumbers, suggesting an increase in the length of the hydrogen bond related to the oxygen atoms. For captopril, we performed studies varying the temperature from 300 to 8 K and from 300 to 375K. In both experiments no structural phase transition was observed. However, in the Raman experiments at low temperature, some changes were observed in the modes that are related to atoms that participates of hydrogen bonds, indicating that the captopril may have undergone a conformational change during the cooling. In none of the three experiments carried out on captopril was observed a conformational change from trans to cis. Risperidone was investigated for pressures up to 6.7 GPa. The Raman spectra points to a phase transition between 0.6 and 0.9 GPa. Changes in the vibrational modes associated with several regions of the molecule indicate that the transition involves a complex conformational change as well as the hydrogen bond formed by the atom O26.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/57043
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