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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77495
Type: | Tese |
Title: | Efeito das condições extremas de temperatura e pressão nas propriedades estruturais e vibracionais dos dipeptídeos glicil-L-fenilalanina e glicil-L-ácido glutâmico |
Authors: | Silva, José Avelar Sousa da |
Advisor: | Freire, Paulo de Tarso Cavalcante |
Keywords in Brazilian Portuguese : | Glicil-L-fenilalanina;Glicil-L-ácido glutâmico;Transição de fase;Altas pressões;Espectroscopia Raman |
Keywords in English : | Glycyl-L-phenylalanine;Glycyl-L-glutamic acid;Phase transition;High pressures;Raman spectroscopy |
Knowledge Areas - CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA |
Issue Date: | 2024 |
Citation: | SILVA, J. A. S. Efeito das condições extremas de temperatura e pressão nas propriedades estruturais e vibracionais dos dipeptídeos glicil-L-fenilalanina e glicil-L-ácido glutâmico. 2024. Tese (Doutorado em Física: Física da Matéria Condensada) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
Abstract in Brazilian Portuguese: | Nesse estudo, foi feita a análise estrutural e vibracional dos dipeptídeos glicil -Lfenilalanina (𝐶11𝐻14𝑁2𝑂3) e glicil-L-ácido glutâmico hidratado (𝐶7𝐻12𝑁2𝑂5 • 𝐻2𝑂). A glicil-L-fenilalanina é um dipeptídeo hidrofílico formado pela junção dos dipeptídeos glicina e fenilalanina, sendo utilizado na síntese de co-cristais e estruturas metal-orgânica (MOFs), enquanto a glicil-L-ácido glutâmico é um dipeptídeo neurotransmissor com potencial de prevenção de certas doenças degenerativas, como o Alzheimer. Num primeiro estágio, realizou-se a cristalização e a determinação das estruturas dos dipeptídeos através de difração de raios-X. Além dessa técnica, também foram utilizados cálculos de primeiros princípios por teoria do funcional de densidade (DFT), análise térmica (calorimetria diferencial de varredura (DSC) e análise termogravimétrica (TGA)) , espectroscopia no infravermelho e espectroscopia Raman em condições extremas de temperatura e pressão. No que diz respeito à glicil-L-fenilalanina, cálculos DFT foram utilizados para se obter a conformação molecular de menor energia, variando-se o ângulo diedral ω (C1C2N2C3) em meio aquoso. Também foram obtidos os espectros vibracionais e a atribuição teórica dos modos normais de vibração dos dipeptídeos, encontrando-se uma boa concordância com os dados experimentais. Os experimentos de espectroscopia Raman em altas pressões foram realizadas no dipeptídeo glicil-L-fenilalanina até pressões de 7,1 GPa, utilizando-se uma célula de pressão a extremos de diamante. Desse estudo, foi observada uma transição de fase em torno de 1,0 GPa, acompanhada por mudanças conformacionais de acordo com a análise do comportamento de vários modos internos. Variando-se a temperatura de 300 até 10 K e de 300 até 393 K, observou-se uma transição de fase estrutural entre 100 e 80 K. Notou-se também um comportamento não-linear de alguns números de onda de modos de altas energias, possivelmente devido ao fato de que certas unidades C-H estejam acopladas com modos envolvidos em ligações de hidrogênio. Em relação à glicil-L-ácido glutâmico hidratado, foi feita a resolução da sua estrutura pela técnica de difração de raios- X de monocristal, sendo obtido a sua estrutura cristalina, seu grupo espacial, as posições atômicas e os parâmetros de rede ainda não catalogado na literatura. Foi realizada uma análise minuciosa dos modos vibracionais por cálculos de primeiros princípios e distribuição de energia potencial (PED). Ao ser submetido a temperaturas de 300 até 403 K, notou-se um comportamento não-linear no número de onda de diversas bandas, apontando para uma anarmonicidade antecedendo a amorfização da amostra. O processo de amorfização, ele próprio, envolveu a saída de moléculas de água acima de 400 K, indicando que a água presente na estrutura desempenha um papel de destaque na estabilidade do cristal à temperatura ambiente. Uma comparação desse último resultado com estudos recentes em outros dipeptídeos também é fornecida. |
Abstract: | In this study, the structural and vibrational analysis of the dipeptides glycyl-Lphenylalanine (𝐶11𝐻14𝑁2𝑂3) and glycyl-L-hydrated glutamic acid ( 𝐶7𝐻12𝑁2𝑂5 ) was carried out. Glycyl-L-phenylalanine is a hydrophilic dipeptide formed by joining the dipeptides glycine and phenylalanine and is used in the synthesis of co-crystals and metalorganic frameworks (MOFs), while glycyl-L-glutamic acid is a neurotransmitter dipeptide with the potential to prevent certain degenerative diseases, such as Alzheimer's disease. As a first step, the dipeptides were crystallized and their structures determined using X-ray diffraction. In addition to this technique, first-principles calculations using density functional theory (DFT), thermal analysis (differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA)), infrared spectroscopy and Raman spectroscopy under extreme conditions of temperature and pressure were also used. With regard to glycyl-Lphenylalanine, DFT calculations were used to obtain the lowest energy molecular conformation by varying the dihedral angle ω (C1C2N2C3) in an aqueous medium. Vibrational spectra and the theoretical assignment of the normal modes of vibration of the dipeptides were also obtained, and good agreement was found with the experimental data. Raman spectroscopy experiments at high pressures were carried out on the dipeptide glycyl-L-phenylalanine up to pressures of 7.1 GPa, using a diamond end pressure cell. From this study, a phase transition was observed around 1.0 GPa, accompanied by conformational changes according to the analysis of the behavior of various internal modes. Varying the temperature from 300 to 10 K and from 300 to 393 K, a structural phase transition was observed between 100 and 80 K. A non-linear behavior of some wave numbers of high-energy modes was also noted, possibly due to the fact that certain C-H units are coupled with modes involved in hydrogen bonds. With regard to hydrated glycyl- L-glutamic acid, its structure was solved using the single-crystal X-ray diffraction technique, and its crystal structure, space group, atomic positions and lattice parameters were obtained which have not yet been catalogued in the literature. A detailed analysis of the vibrational modes was carried out using first-principles calculations and potential energy distribution (PED). When subjected to temperatures ranging from 300 to 403 K, a non-linear behaviour was observed in the wave number of several bands, pointing to an anharmonicity preceding the amorphization of the sample. The amorphization process itself involved the exit of water molecules above 400 K, indicating that the water present in the structure plays a major role in the stability of the crystal at room temperature. A comparison of this last result with recent studies on other dipeptides is also provided. |
Description in Brazilian Portuguese: | SILVA, J. A. S. Efeito das condições extremas de temperatura e pressão nas propriedades estruturais e vibracionais dos dipeptídeos glicil-L-fenilalanina e glicil-L-ácido glutâmico. 2024. Tese (Doutorado em Física: Física da Matéria Condensada) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77495 |
Access Rights: | Acesso Aberto |
Appears in Collections: | DFI - Teses defendidas na UFC |
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